高渗透风机并网对电力系统暂态频率响应影响研究

发布时间：2017-12-02 17:29

  本文关键词：高渗透风机并网对电力系统暂态频率响应影响研究

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【摘要】：伴随着风力技术的快速发展,风电装机容量在电力系统中的渗透率不断增大,风机与电网的联系进一步加强,两者之间的影响程度进一步加深。大规模风机替代常规机组并入电网会显著降低系统的等效惯量,由此带来的频率波动性问题日益被人们关注,越来越多的电力公司要求并网风机具有像常规发电厂一样的功-频调节能力,风电机组参与调频会改变原来系统的频率响应特性,给低频减载、高频切机等整定校验带来挑战。因此,深入分析风力发电机组的频率响应动态特性,研究高渗透风机并网系统的暂态频率评估,具有重要的理论意义和工程实践意义。本文的主要内容如下：(1)针对双馈风机电磁暂态模型复杂性和高耦合性的特点,考虑对风机模型简化并获得一种风机简化模型。研究双馈风电机组的工作原理及控制策略实现方法。建立风速、风力机及控制系统、轴系系统、双馈发电机以及变流器的详细数学模型。在系统频率响应研究中,重点关注机组的有功-频率特性,忽略无功-电压控制环节,研究双馈风机模型简化的主要步骤和主要方法,将双馈感应发电机、轴系系统、变流器详细电磁暂态模型分别降阶简化为一阶运动模型、单质块模型和简化的电流源模型。搭建单机算例系统,验证说明：与电磁暂态模型相比,该简化模型计算量低,能够模拟风机有功出力特性,具有较高的仿真精度。(2)高渗透风机并网对系统频率响应影响程度的研究。分析电力系统频率动态特性的影响因素,从机理层面说明风机并网可能给系统惯性响应和一次调频带来的影响。双馈风电机组采用有功功率、无功功率解耦控制策略,使其自身转动惯量被“隐藏”,无法提供惯性响应；恒速异步风机虽短时提供惯性响应,但其不具备一次调频能力。通过算例仿真,对比说明双馈风机、恒速异步风机以及同步发电机组这三种机组的频率响应特性。为进一步量化分析双馈风电机组并网对频率响应的影响程度,根据其“隐性惯量”的特性,建立包含风机渗透率的单机等值模型,推导模型的时域解析解,并从初始频率下降率最低点频率和稳态频率偏差三个状态值,量化分析双馈风机渗透率对电网频率动态特性的影响程度。(3)风机参与调频的系统暂态频率响应评估。主动参与系统频率调节是“电网友好型”电源对风机的必然要求,研究转子动能控制和有功备用控制的原理及实现方法。双馈风电机组参与系统频率调节会改变系统原有的频率动态特性,为快速、准确的获取大规模风机并网系统的暂态频率响应动态过程,基于平均系统频率(Average System Frequency, ASF)计算方法,将简化风机模型引入,将系统频率反馈到风机附加频率控制环节,双馈风机有功输出叠加到系统等效集中负荷处,当发生功率缺额扰动后,计算全系统的频率响应过程。搭建IEEE30节点算例系统,仿真结果表明,较全时域仿真方法,该方法能够很好的模拟风机调频特性,获得比较准确的系统频率响应,能够用于包含风机的复杂电力系统的暂态频率响应评估,为电网减载、切机配置的整定校验提供参考。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614

【参考文献】

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1 朱晓荣;赵猛;王毅;;双馈感应风力发电机组复合频率控制策略研究[J];电力系统保护与控制;2012年08期

2 李和明;段琰璞;;无刷双馈风力发电机的建模与仿真[J];东北电力技术;2008年10期

3 张勇;潘瑜青;;双馈感应风电机组参与有功控制和频率控制的研究[J];华东电力;2012年11期

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本文编号：1245714