双馈风电机组的可变系数频率优化控制研究

发布时间：2020-05-29 10:58

【摘要】：随着世界经济的快速发展,大力发展新能源发电技术以减少并逐步代替传统化石能源发电已成为必然趋势。风能作为清洁无污染的可再生能源,蕴量丰富,具有巨大的开发潜力,已然成为重要的新能源发电来源。双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)是当前风电市场的主流机型,其使用的电力电子变流器矢量控制导致了风电机组输出功率与系统频率的解耦,使风电机组固有惯量无法响应系统频率变化,影响系统的频率稳定。为了减少大规模风电并网对系统频率稳定的影响,本文的研究基于风力发电系统功率控制方法的改进,以增强风电机组电磁功率与系统频率的耦合性。主要工作包括:针对传统虚拟惯量控制在不同冲击负荷和不同风况下鲁棒性较差的问题,本文研究了双馈风力发电机的虚拟惯量特性,分析了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时风机输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算风机不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。为了进一步增强系统的频率稳定,本文结合双馈风电机组不同频率控制策略的特点,设计了全风况下的虚拟惯性与桨距角协调控制策略。所提协调控制策略利用了双馈风电机组虚拟惯性控制响应的快速性和桨距角控制响应的持续性,以互补的方式克服了虚拟惯性控制的短暂性和桨距角控制的滞后性。该控制策略根据机组在不同风速下的运行状态整定频率控制系数,保证了全风况下的有效性。根据所提控制策略在Matlab/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能使风电机在不同运行状态下较好地响应系统频率变化,有效抑制系统频率的快速变化和减小系统频率偏差,并保证风机自身稳定运行。
【图文】：

《全球风电市场年度统计报告》显示，２０１７年全球新增装机容量５２，５７３ＭＷ，全球累计逡逑装机容量高达５３９，５８１ＭＷ。近十年来，我国风力发电行业高速发展，己成为全球风电逡逑市场的重要组成部分，自２００８年到２０１７年全球及我国的新增风电装机容量对比如图１逡逑所示＿］。逡逑单位：万千瓦逡逑７０００邋逦逡逑６０００邋逦１逦逡逑ＥｊＵｌｊｌｉｌｌ逡逑１１Ｉ逦Ｉ逦■逦Ｍ逦ｌ逦ＩＩ逦Ｉ，逡逑逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑■全球邋２６８５逦３８４７．５逦３９０６．２逦４０６３．５逦４５０３逦３６０２．３逦５１６７．５逦６３６３．３逦５４６４．２逦５２５７．３逡逑坪国丨邋６１５邋丨邋１３８０邋丨邋１８９３逦１７６３逦１２９６逦１６０９逦２３２０逦３０７５逦２３３７逦１９％逡逑图１－１邋２００８年至２０１７年全球及中国新增风电装机容量逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｎｅｗ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ邋ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｏｆ邋ｗｉｎｄ邋ｐｏｗｅｒ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｏｒｌｄ邋ａｎｄ邋Ｃｈｉｎａ邋ｆｒｏｍ邋２００８邋ｔｏ邋２０１７逡逑随着全球风力发电行业的快速发展，风能渗透率不断提高，风电具有的随机性和不逡逑确定性对电网稳定的影响也越来越受到关注［３］４５］。目前风电系统所采用的风电机型主要逡逑分为定速恒频发电机组和变速恒频发电机组，传统的定速风力发电机组与电网紧密耦逡逑合，能够自动为系统提供惯性支持；而随着电力电子技术的迅速发展，，变速恒频风电机逡逑组因其优良的性能快速兴起

Ａ为叶尖速比；０为桨距角。逡逑为了进一步说明风力机的运行特性，根据上述式（２－１）至式（２－５）的风力机模型逡逑绘制了如下图２－１变桨距风力机运行特性曲线和图２－２定桨距角风力机运行特性曲线［４２］。逡逑０．６邋ｒ逡逑。．５－－－－邋—逡逑ｕ邋０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逡逑风力机叶尖速比逡逑图２－１变桨距风力机运行特性曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｖａｒｉａｂｌｅ邋ｐｉｔｃｈ邋ｗｉｎｄ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑图２－１变桨距风力机运行特性曲线中，桨距角以２度为极差逐渐增大，而风能利用逡逑率Ｃｐ随桨距角的增大逐渐缩小，风力机捕获风能的效率也逐渐降低；在某固定桨距角下，逡逑风能利用率Ｃｐ仅与叶尖速比；Ｌ有关，即与风速、风力机转速有关，且随着叶尖速比；Ｉ的逡逑增大呈现出先增大后减小的趋势，并出现最大值。图２－２定桨距风力机运行特性曲线为逡逑保持风力机桨距角／？＝0°时，不同风速下的风力机功率和风力机转速关系，图中各个风逡逑速下风力机功率一转速曲线上的最大功率点的连线为风力机的最大功率曲线ｇｐｔ，运行逡逑８逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614

【参考文献】

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本文编号：2686828