双馈感应风电机组参与电力系统调频的控制策略研究

发布时间：2017-03-29 15:12

  本文关键词：双馈感应风电机组参与电力系统调频的控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着当今世界能源危机的加重,大力开发可再生能源已经成了解决能源问题的有力方法。作为技术发展最为成熟的新能源发电方式,风力发电受到世界各国的广泛关注。随着风力发电规模的不断扩大越来越多的风电机组接入电网,导致传统的同步发电机组逐渐减少,系统的频率控制能力势必会受到影响。因此在分析双馈风电机组并网对电力系统频率影响的基础上,研究双馈风电机组参与电力系统调频的策略,具有重要的理论意义和使用价值。本文首先分析研究了双馈感应风电机组的基本运行原理。并给出了双馈风力发电系统的基本结构。然后,对双馈感应风力发电系统的运行原理进行了简单的分析,并建立了风速模型、空气动力学模型、轴系模型、发电机模型等。根据定子磁链定向矢量控制方法,得出网侧变换器和转子侧变换器的数学模型,分析了风机运行区间及最大功率追踪的原理。其次,介绍了电网频率的静态和动态特点,分析了电网频率波动的原因。针对频率波动,介绍了系统频率调节的方法,研究了频率响应的机理。在此基础上分析可知,随着常规机组不断被双馈感应风电机组取代,整个电力系统的转动惯量将会减小,所需要的备用功率容量将会增加,而电网一次调频的能力也会相应地减弱。之后还介绍了同步机组的惯性响应过程和一次调频过程。为后续研究提出的控制策略提供了理论基础。最后,本文通过仿真研究双馈感应风电机组功率曲线切换惯性控制环,指出它能减小系统频率变化率,但不能减小频率稳态偏差。进一步仿真研究桨距角频率控制环,指出它能减小频率稳态偏差,但不能减小系统频率变化率。结合两种控制的优缺点提出了一种新的混合频率控制策略。该策略通过对功率曲线切换惯性控制和桨距角频率控制的共同作用降低了系统频率的初始变化率及稳态偏差。并在四机两区系统中仿真验证了混合频率控制策略的有效性。
【关键词】：双馈风电机组 惯性控制 桨距角控制 功率曲线切换 频率控制
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景与意义13-16
• 1.1.1 风力发电发展概述13-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 风电并网对电力系统频率影响研究现状16-17
• 1.2.2 风电机组参与系统频率调节研究现状17-21
• 1.3 本文主要研究内容21-22
• 第2章 双馈感应风电机组的运行原理及数学模型22-37
• 2.1 双馈风电系统的运行原理22-24
• 2.2 风电机组数学模型24-30
• 2.2.1 风速模型24-25
• 2.2.2 空气动力学模型25-27
• 2.2.3 轴系系统模型27
• 2.2.4 双馈发电机模型27-30
• 2.3 双馈感应发电机变换器数学模型30-34
• 2.3.1 转子磁场定向的矢量控制30-31
• 2.3.2 转子侧变换器的数学模型31-33
• 2.3.3 电网侧变换器数学模型33-34
• 2.4 风机运行区间及最大功率追踪34-36
• 2.4.1 变速恒频双馈风力发电系统运行区间34-35
• 2.4.2 最大功率追踪控制35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 含双馈风电机组并网对电力系统频率的影响37-48
• 3.1 电力系统频率响应原理及危害37-38
• 3.2 电力系统的频率特性38-40
• 3.2.1 电力系统频率的静态特性38-40
• 3.2.2 电力系统频率的动态特性40
• 3.3 电力系统频率调整方式40-43
• 3.3.1 电力系统一次调频40-42
• 3.3.2 电力系统二次调频42-43
• 3.3.3 电力系统三次调频43
• 3.4 双馈感应发电机参与系统调频控制的基本思想43-46
• 3.5 不同风电穿透率对电网频率的影响46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 双馈风电机组的频率控制策略48-58
• 4.1 基于功率跟踪的曲线惯性切换控制环48-51
• 4.1.1 双馈感应风电机组的虚拟转动惯量48
• 4.1.2 基于功率曲线跟踪的惯性控制48-51
• 4.2 桨距角频率控制环节51-52
• 4.3 混合频率控制策略52-53
• 4.4 仿真分析53-57
• 4.4.1 混合频率控制策略仿真验证53-55
• 4.4.2 风电穿透率的影响55-56
• 4.4.3 风速的影响56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 1.结论58-59
• 2.展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 附录 发表的学术论文目录65

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本文编号：274766