新能源集群发电参与受端电网频率调节控制策略研究
发布时间：2021-03-03 20:45
新能源出力的随机性、远离负荷中心等特点,为大规模新能源并网消纳和电力系统安全稳定运行带来了严峻挑战。基于电压源型换流器的柔性直流输电技术（voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC）,具有潮流快速反转、有功无功解耦控制等优点,为新能源的并网、跨区域电网互联提供了可行方案。在VSC-HVDC的隔离下,送端电网与受端电网拥有各自的频率,如我国张北四端柔直工程,当受端电网发生频率偏移时,送端电网无法感知其频率变化,无法参与频率调整。随着VSC-HVDC输送功率占比不断提高,压缩受端电网中同步发电机组占比,降低系统调频能力。因此,有必要针对柔直互联区域研究频率协调控制策略,使不同区域间具备相互支援的能力。本文以新能源发电机组作为基本研究单元,从新能源发电机组的基本运行原理、不平衡功率激励-相位响应模型以及新能源发电与柔性直流输电协调控制策略等方面展开研究。在新能源发电机组的基本工作原理与控制策略研究中,研究不同结构下新能源发电机组（双馈风力发电机组、光伏发电）的基本工作原理与控制策略,包括最大功率追踪控...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｅｎｅｒｃｏｎ公司惯性控制策略??ＧＥ公司主要依赖于ｄ／ｄｔ惯性控制来实现风电机组参与电网频率调节，具体控制策略??
造，同时新建２台５ＭＷ大容量电站式虚拟同步机。??示范工程的风电虚拟同步发电机工程改造采用两种实施方案。一是在风电机组的主控系统??中增加虚拟同步发电机功能算法，通过变流器锁相环采集机端频率／电压信号，将信号通过??光纤通讯的方式传入主控系统，主控系统的虚拟同步发电机功能算法根据实时转速将转矩??指令值和桨距角指令值分别下发给变流器和变桨系统，实现虚拟惯量控制和一次调频控??制。该方案优点在于通过软件升级实现，不需额外增加硬件，改造成本低。基于风电虚拟??同步发电机主控系统改造方案如图１－３所示。??Ｉ?双馈感应发????电机?Ｉ线路和无穷大电网丨??＾￣￣＾－０?｜??齿爷箱?酬?＼＇＼?Ｕｅａｂｃ?ｉ??风力机Ｉ?ｄ?变流器?变流器?ｊ??ｒｉｉ??系??????统?变流控制器??Ｔ????主“系统?｜，?｜?虚拟同步控制功能??图１－３风电虚拟同步发电机主控系统改造方案??第二种改造方案是通过风电机组附加就地侧ＶＳＧ控制器，用于计算功率指令值，并??发送给主控系统；在电站并网点附加场站侧ＶＳＧ协调控制器，用于采集并网点频率／电压。??场站侧ＶＳＧ协调控制器经高速通讯网络与每一个就地侧ＶＳＧ控制器组网，由于专用通道??传输信息量少，理论上通讯时间可以小于５ｍｓ，虚拟惯量控制和一次调频控制的响应时间??足以满足标准要求。该方案优点在于全场风电虚拟同步发电机的控制目标均为并网点，不??会因机端采样信号差异出现多机并联时的有功／无功环流问题，缺点在于需要增加额外的硬??件成本，且支撑能力受到高速通讯网络的约束，实施效果尚待进一步论证。基于高速通讯??网络的风电虚拟同步发电机附加
?第２章新能源发电机组的运行原理及建模???第２章新能源发电机组的运行原理及建模??本章将对双馈风力发电、光伏发电、柔性直流输电的工作原理和具体结构进行研究，??推导风力机、双馈异步电机、变流器及其控制系统、光伏发电的数学模型。在??ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真平台中建立了双馈风电机组、光伏发电以及新能源发电集群接入柔直??互联区域的仿真模型，验证了模型的有效性与控制策略的可行性。??２．１新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构??新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构如图２－１所示，主要由风力发电群、光??伏发电群、变压器、送端换流站ＶＳＣ１、直流线路、受端换流站ＶＳＣ２、负荷和交流电网构??成。图２－１中：Ｃｄｃ为换流站直流侧滤波电容；ｆ／ｄｅ为换流站直流侧电压；ｔ／ｇ为受端电网电??压有效值；ＰｌｏａｄＳ负荷。??换流站ＶＳＣ１主要用于汇集由新能源发电群输出的功率，并且维持新能源发电侧交流??母线电压和频率的稳定；换流站ＶＳＣ２控制直流电压和与受端电网交换的无功功率。??Ｉ?｜直流线路｜?Ｉ?ｕｇｚｅ＆??新，发电群；￣ＱＤ￣ｊｃｄ〇?Ｕｄｃｊ?ＱＣ＾＾ＳＨｉ１??＾?送端换流站?受端换流站?Ｐｌｏａｄ??’?、?ＶＳＣ１?ＶＳＣ２??图２－１新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构??２．２双馈风力发电系统数学模型??双馈风力发电系统主要由风力机、双馈发电机、机侧变流器、网侧变流器及其控制系??统构成，如图２－２所示，以下小节分别介绍各部分的数学模型。??双賴式发电机，?电网??卜齿轮箱ｆ?＝０??风力机??背靠背四象限变流器??ｕ??￣ｉ?Ａｃ／＾￣￣ｒ￣｜?ｐｃ／ｌ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多光伏发电参与电网频率调节的动态协调机理[J]. 贾祺,严干贵,张善峰,孙铭爽,丁茂生,张迪. 电力系统自动化. 2019(24)
[2]双级式光伏发电主动参与电网频率调节[J]. 李旭涛,贾祺,项丽,田蓓. 电力系统保护与控制. 2019(12)
[3]双级式光伏发电虚拟惯量控制策略[J]. 杨慧彪,贾祺,项丽,严干贵,张善峰,李旭涛. 电力系统自动化. 2019(10)
[4]±500 kV柔直电网与新能源和常规发电机组的协调控制研究[J]. 王炳辉,郝婧,黄天啸,罗婧,吴涛,王晖,李文锋. 全球能源互联网. 2018(04)
[5]基于变减载率的光伏发电参与电网调频控制策略[J]. 钟诚,周顺康,严干贵,丁茂生. 电工技术学报. 2019(05)
[6]光伏电站暂态模型及其试验验证[J]. 曲立楠,葛路明,朱凌志,牛拴保,张爽,包斯嘉. 电力系统自动化. 2018(10)
[7]光伏虚拟同步发电机工程应用效果分析及优化[J]. 巩宇,王阳,李智,史学伟,宋鹏,杨伟新,韦徵. 电力系统自动化. 2018(09)
[8]虚拟同步发电机并网运行适应性分析及探讨[J]. 葛俊,刘辉,江浩,王晓声,孙大卫. 电力系统自动化. 2018(09)
[9]西北送端大电网频率特性试验方法[J]. 孙骁强,程松,刘鑫,段乃欣,褚云龙,李华. 电力系统自动化. 2018(02)
[10]新能源场站虚拟同步发电机技术研究及示范应用[J]. 葛俊,宋鹏,刘汉民,刘辉,李智,王晓声,朱斯. 全球能源互联网. 2018(01)
本文编号：3061907
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｅｎｅｒｃｏｎ公司惯性控制策略??ＧＥ公司主要依赖于ｄ／ｄｔ惯性控制来实现风电机组参与电网频率调节，具体控制策略??
造，同时新建２台５ＭＷ大容量电站式虚拟同步机。??示范工程的风电虚拟同步发电机工程改造采用两种实施方案。一是在风电机组的主控系统??中增加虚拟同步发电机功能算法，通过变流器锁相环采集机端频率／电压信号，将信号通过??光纤通讯的方式传入主控系统，主控系统的虚拟同步发电机功能算法根据实时转速将转矩??指令值和桨距角指令值分别下发给变流器和变桨系统，实现虚拟惯量控制和一次调频控??制。该方案优点在于通过软件升级实现，不需额外增加硬件，改造成本低。基于风电虚拟??同步发电机主控系统改造方案如图１－３所示。??Ｉ?双馈感应发????电机?Ｉ线路和无穷大电网丨??＾￣￣＾－０?｜??齿爷箱?酬?＼＇＼?Ｕｅａｂｃ?ｉ??风力机Ｉ?ｄ?变流器?变流器?ｊ??ｒｉｉ??系??????统?变流控制器??Ｔ????主“系统?｜，?｜?虚拟同步控制功能??图１－３风电虚拟同步发电机主控系统改造方案??第二种改造方案是通过风电机组附加就地侧ＶＳＧ控制器，用于计算功率指令值，并??发送给主控系统；在电站并网点附加场站侧ＶＳＧ协调控制器，用于采集并网点频率／电压。??场站侧ＶＳＧ协调控制器经高速通讯网络与每一个就地侧ＶＳＧ控制器组网，由于专用通道??传输信息量少，理论上通讯时间可以小于５ｍｓ，虚拟惯量控制和一次调频控制的响应时间??足以满足标准要求。该方案优点在于全场风电虚拟同步发电机的控制目标均为并网点，不??会因机端采样信号差异出现多机并联时的有功／无功环流问题，缺点在于需要增加额外的硬??件成本，且支撑能力受到高速通讯网络的约束，实施效果尚待进一步论证。基于高速通讯??网络的风电虚拟同步发电机附加
?第２章新能源发电机组的运行原理及建模???第２章新能源发电机组的运行原理及建模??本章将对双馈风力发电、光伏发电、柔性直流输电的工作原理和具体结构进行研究，??推导风力机、双馈异步电机、变流器及其控制系统、光伏发电的数学模型。在??ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真平台中建立了双馈风电机组、光伏发电以及新能源发电集群接入柔直??互联区域的仿真模型，验证了模型的有效性与控制策略的可行性。??２．１新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构??新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构如图２－１所示，主要由风力发电群、光??伏发电群、变压器、送端换流站ＶＳＣ１、直流线路、受端换流站ＶＳＣ２、负荷和交流电网构??成。图２－１中：Ｃｄｃ为换流站直流侧滤波电容；ｆ／ｄｅ为换流站直流侧电压；ｔ／ｇ为受端电网电??压有效值；ＰｌｏａｄＳ负荷。??换流站ＶＳＣ１主要用于汇集由新能源发电群输出的功率，并且维持新能源发电侧交流??母线电压和频率的稳定；换流站ＶＳＣ２控制直流电压和与受端电网交换的无功功率。??Ｉ?｜直流线路｜?Ｉ?ｕｇｚｅ＆??新，发电群；￣ＱＤ￣ｊｃｄ〇?Ｕｄｃｊ?ＱＣ＾＾ＳＨｉ１??＾?送端换流站?受端换流站?Ｐｌｏａｄ??’?、?ＶＳＣ１?ＶＳＣ２??图２－１新能源发电集群接入柔直互联区域的系统结构??２．２双馈风力发电系统数学模型??双馈风力发电系统主要由风力机、双馈发电机、机侧变流器、网侧变流器及其控制系??统构成，如图２－２所示，以下小节分别介绍各部分的数学模型。??双賴式发电机，?电网??卜齿轮箱ｆ?＝０??风力机??背靠背四象限变流器??ｕ??￣ｉ?Ａｃ／＾￣￣ｒ￣｜?ｐｃ／ｌ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]多光伏发电参与电网频率调节的动态协调机理[J]. 贾祺,严干贵,张善峰,孙铭爽,丁茂生,张迪. 电力系统自动化. 2019(24)
[2]双级式光伏发电主动参与电网频率调节[J]. 李旭涛,贾祺,项丽,田蓓. 电力系统保护与控制. 2019(12)
[3]双级式光伏发电虚拟惯量控制策略[J]. 杨慧彪,贾祺,项丽,严干贵,张善峰,李旭涛. 电力系统自动化. 2019(10)
[4]±500 kV柔直电网与新能源和常规发电机组的协调控制研究[J]. 王炳辉,郝婧,黄天啸,罗婧,吴涛,王晖,李文锋. 全球能源互联网. 2018(04)
[5]基于变减载率的光伏发电参与电网调频控制策略[J]. 钟诚,周顺康,严干贵,丁茂生. 电工技术学报. 2019(05)
[6]光伏电站暂态模型及其试验验证[J]. 曲立楠,葛路明,朱凌志,牛拴保,张爽,包斯嘉. 电力系统自动化. 2018(10)
[7]光伏虚拟同步发电机工程应用效果分析及优化[J]. 巩宇,王阳,李智,史学伟,宋鹏,杨伟新,韦徵. 电力系统自动化. 2018(09)
[8]虚拟同步发电机并网运行适应性分析及探讨[J]. 葛俊,刘辉,江浩,王晓声,孙大卫. 电力系统自动化. 2018(09)
[9]西北送端大电网频率特性试验方法[J]. 孙骁强,程松,刘鑫,段乃欣,褚云龙,李华. 电力系统自动化. 2018(02)
[10]新能源场站虚拟同步发电机技术研究及示范应用[J]. 葛俊,宋鹏,刘汉民,刘辉,李智,王晓声,朱斯. 全球能源互联网. 2018(01)
本文编号：3061907
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