适用于频率控制的风电场建模与调频策略研究

发布时间：2020-10-29 11:46

　　 风电机组的大规模并网会降低电力系统的整体惯性,影响系统的频率稳定性,因此研究风电场参与系统调频过程十分必要。参与调频过程的风电场通常采用单机等值模型,由于风电场不同风速下的风电机组调频能力存在差异,单机等值模型很难满足精度要求,传统的交直流并网调频控制策略也存在一定的局限性。本文基于直驱风电机组,就机组的建模、适用于调频控制的风电场等值建模和交直流并网调频控制策略展开研究。研究了直驱风电机组的本体模型和稳态控制模型,针对风电机组参与系统调频过程,在有功功率控制环节附加转子惯性调频控制策略,包括虚拟惯性控制、下垂控制和综合控制。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建风电场模型和同步发电机模型,接入或者切除负荷使系统频率下降或者上升,验证调频控制策略的有效性。验证结果表明虚拟惯性控制可以减小频率的变化率,下垂控制可以减小频率的变化范围,综合控制结合两者优点,调频效果最优。为弥补风电场单机等值模型参与调频控制精度低的问题,对不同风速下的风电场参与调频时系统频率曲线进行分析,提出适用于频率控制的风电场等值方法。根据频率曲线的聚群特性,得到分群指标,系统频率下降和频率上升时分群指标不同,按照分群指标划分风电机组,将各群内的风电机组等值为单台,整个风电场等值为多台风机。利用实际风速对等值方法进行仿真验证,结果表明本文提出的等值方法相较于单机等值模型具有更好的等值效果。分析电力系统的频率特性和系统惯性对频率特性的影响,针对风电场交流并网参与调频过程,研究风电渗透率和调频控制系数对频率特性的影响。综合考虑直驱风电机组中存储的有效动能,计算虚拟惯性时间常数,并且基于虚拟惯性时间常数提出自适应系数调频控制方法,为系统提供有效功率支撑的同时保证自身的安全稳定运行。建立直驱风电场经MMC-HVDC并入电网的综合系统模型,针对风电场经直流并网参与调频附加通信环节存在延迟时间的问题,提出风电场和MMC协调频率控制策略,主要包括GSMMC直流电压控制、WFMMC频率控制和风电场有功功率控制。研究直流电压控制系数和有功功率控制系数对协调控制效果的影响,最后仿真验证了所提协调控制策略在系统频率下降和系统频率上升时的调频效果。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM614
【部分图文】：

.2 机侧变换器控制模型机侧变换器用来实现永磁发电机和整个系统的运行控制，其控制的有影响直驱风电机组的运行性能和与电网相连的稳定性。机侧变换器一般采用磁链定向的控制策略，在同步旋转 dq 坐标系下控制，控制sdi 0，把该式带入式（2-6），可以得到： e sd sd sq sq f sq fT 1.5 pi L L 1.5 pi 1.5pi 根据式（2-5），d 轴和 q 轴间存在耦合关系，可以在控制环节中加节，从而有效解耦 d 轴和 q 轴分量，实现 dq 轴电压对电流的独立控使电流实际值跟随电流参考值变化，可以在式（2-5）中加入前馈环控制环节作用于电流内环： I*sd P sd sd e sq sqI*sq P sq sq e sd sd e fKu K i i L isKu K i i L is 根据上述控制原理，机侧变换器控制模型如图 2-6 所示。

机侧变换器控制模型中，外环为功率环，可以实现最大风能追踪，内环环，控制产生 dq 电压参考值，然后经过 dq 坐标系到 abc 坐标系变换，计算压参考值，经过 PWM 控制输出开关信号从而控制机侧变换器中开关器件的.3.3 网侧变换器控制模型网侧变换器可以产生交流电送入电网，保持直流母线电压稳定，同时将率和无功功率进行解耦。网侧变换器一般采用电网电压定向的控制策略，旋转 dq 坐标系下，电网电压 d 轴定向，则电压可以表示为：d dq0u uu （将式（2-15）带入式（2-10），可以得到：g d dg d qP u iQ u i （根据式（2-16），网侧变换器输出的有功功率与无功功率之间不存在耦合关以单独控制。图 2-7 表示网侧变换器的控制模型。

主要采用转子惯性控制方法，综合控制。控制发生变化时，系统的惯性可以防止频率发生间调整有功出力来参与调频过程。风电机组变转子转速，将存储的动能释放出来，为系通过全功率变换器与电网相连，不能主动为组中虚拟产生较大的调频惯性。虚拟惯性控机组的有功输出，图 2-8 表示虚拟惯性控制的功率可以表示为：indfP Kdt 惯性系数；实际频率(Hz)。
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本文编号：2860854