风电并网逆变器与风蓄联合调度策略研究

发布时间：2020-10-21 14:15

　　 随着煤、石油、天然气等不可再生能源的不断减少和对空气污染的日益加重,风能作为可再生的清洁能源发展潜力巨大。现如今风电规模不断扩大,要大规模开发利用风能,风电并网运行是一种最优质的选择。而大规模风电并网必定会影响电能质量,因此,我们选择三相风力发电并网逆变器,并对其进行深入研究。因为风具有波动性和随机性,所以为确保电力系统的运行安全稳定,并不能把大规模风电并网后的风能全部利用,必须要舍弃一部分。为解决这一问题,利用储能系统是一个两全其美的选择。储能系统发展到今天已经相当成熟,技术种类也越来越多,其中以技术成熟、存储量大的抽水蓄能为代表。因此,在风蓄联合运行系统并网发电的过程中,为消除和降低各方面的干扰带来的不利影响,保持系统的稳定运行并确保风电并网输出功率的高品质和可控性,本文从以下三个方面开展了研究工作:1.结合电网对大规模风电接入电力系统的要求和风蓄联合发电的运行原理,对整个电力系统的稳定运行的关键问题进行了研究,即大规模的风电入网会对电力系统的电能质量和调度带来一定的影响。2.针对三相风力发电并网逆变器的模型预测控制存在大量计算问题,导致控制指令的时间延迟,严重阻碍系统应用。为此,提出了一种在线简化有限集模型预测电流控制算法。该方法基于模型预测电流模型,利用目标函数对逆变器输出的不同电压矢量进行评估。同时,结合电压空间矢量等效变换的原理,引入矢量扇区判断法,在保持原有控制性能的基础上,排除不必要的电压空间矢量,从而使算法的执行时间大幅缩减,简化了控制实现过程。最后建立以带阻感负载三相并网逆变器为控制对象的有限集模型预测控制仿真模型,分析输出电流的动态和稳态性能。仿真结果验证了所提方法的可行性。3.以风电预测为基础,提出了风蓄联合运行系统的日前调度模型,即构造了联合系统的经济效益最大和弃风电量最小两个目标函数,将火电和抽水蓄能机组的启/停成本、计及负荷和风电预测误差的旋转备用等相关约束纳入考虑范围,使模型拟合度增大,接着采用混合多智能体遗传算法进行优化,得到风电-抽水蓄能联合运行系统的日前出力计划。最后,通过算例对该模型进行了验证,仿真结果表明了所提出的调度策略具有一定的可行性。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM614;TM464
【部分图文】：

为直流母线电压。吴俊等人（2010）详细解释了该并网逆变器的工作原理。图2.1 三相并网逆变器Fig.2.1 Three-phase grid connected inverter图2.1中，Lo是负载电感、Ro是负载电阻、eo是负载反电动势。定义开关函数为:10上桥臂导通，下桥臂关断上桥臂关断，下桥臂导通yS （2.1）功率管S1~S6与控制信号Sa、Sb、Sc之间的关系为：

仿真中采样周期设定为 25μs，所以选择式（2.16）所示参考电流计算方式更好。2.3.3 在线简化有限集模型预测控制本文提出的模型预测电流控制框图如图2.2所示。通过预测系统下一采样时刻的参考电流值进而预测参考电压，对参考电压矢量处于的扇区进行确定，接着仅提出其所在扇区中相近的四个电压矢量，将这四个量作为可能的有效电压矢量。通过目标函数来计算参考值和预测值之间的误差。用最小目标函数对应的开关状态作用于下一个采样周期。图2.2 模型预测电流控制框图Fig.2.2 Block diagram of MPCFCS-MPC的实现需要寻找使目标函数最小的开关状态，并在下一时刻应用于逆变器。由此可以看出，由式（2.10）和（2.13）得到，传统两电平并网逆变器FCS-MPC，通过计算8次预测电流和8次目标函数，才能选出最优电压矢量。2.3.4 控制流程在线简化模型预测电流控制流程如图 2.3 所示。首先对 k 时刻的电压和 k 时刻电流进行采样

第二章 风电并网逆变器12图2.4 电压空间矢量选择图Fig.2.4 Voltage vectors generated by the inverter2.4 仿真结果为了对上述预测控制算法的有效性进行验证，本文基于Matlab/Simulink，建立三相并网逆变器FCS-MPC的系统模型，该模型和控制器的参数如表2。同时，本文在稳态和暂态条件下，对两电平三相带阻感负载并网逆变器进行控制，评估所提的简化有限控制集模型预测方法的性能，并且引入了逆变器输出电流谐波畸变率（THD），利用它进行对比，以验证两者的控制效果。仿真和分析的结果如图2.5～图2.9所示。表2 控制器参数表Table.2 Simulation parameters of system controller参数 数值直流电压 Vdc/V 520负载反电动势 eo/V 100采样时间 Ts/μs 25参考电流 io*/A 10/10-20负载电阻 Ro/Ω 0.1负载电感 Lo/mH 20在采样时间Ts=25μs时
【参考文献】

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本文编号：2850225