大规模风电场参与调频的控制策略研究

发布时间：2017-08-21 06:17

  本文关键词：大规模风电场参与调频的控制策略研究

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【摘要】：近年来,随着全球风电技术的迅速发展,我国局部地区电网的风电渗透率已经超过了20%。风电固有的随机性、间歇性和波动性的特点使得大容量风电场对电网的动态稳定、调频调压等方面都产生了不利影响。变速恒频双馈异步风力发电机(DFIG, Doubly-Fed Induction Generator)现已成为风电市场的主流机型,但由于DFIG的控制系统使其机械功率与电磁功率解耦、转速与电网频率解耦,从而失去了对电网频率的快速有效响应,使旋转动能中的“隐含惯量”对整个电网的惯量几乎没有贡献,因而恶化了电网的频率调节效应。当电网中的风电渗透率不断增大时,这些影响也会越来越明显,甚至威胁到整个系统的正常运行。因此,研究风电大规模并网对系统的频率特性影响具有重要意义。为了使DFIG响应电网的负荷动态变化,本文从能量的角度出发,将DFIG与传统的同步发电机作对比,模拟其功角特性,建立了可响应电网功率波动的DFIG数学模型。考虑在额定风速以下时采用超速法,额定风速以上或风机转速达到最大时采用变桨距法使DFIG偏离最大功率曲线运行,从而储备功率以提升对电网的响应能力；接着,对DFIG提供惯性功率支持的机理进行了分析。基于Matlab/Simulink仿真平台中的DFIG模型,根据上述理论建立了附加虚拟惯量的可调频风机,并将可调频风机接入4机2区域的电网模型,验证了DFIG参与调频的可行性。本文分析了风电场风速的实际状况,结合风电场中产生的尾流效应和时滞效应,运用同调等值法,对大型风电场中不同型号的DFIG进行了区域划分,并在Matlab/Simulink仿真平台中验证了在不同风速情况、故障情况下的等值效果,证实了本文等值方法的正确性。以云南电网的某个部分为例,分析了不同风速、稳态运行及负荷突变情况下,不同风电渗透率对电网频率动态的影响。随着风电在电网中渗透率的增大,将部分传统风机替换为可调频风机,给出不同渗透率下保证电网频率稳定所需要的可调频风机最小比例。最后,通过分析可调频风机的调频能力及风能、风机的利用率,得出风电场参与调频时应尽量保证靠近额定风速下的机组优先参与调频,从而使风电场的调频效率及经济性达到最优。
【关键词】：双馈异步风力发电机 电网调频 附加虚拟惯量 等值模型 调频能力 渗透率 优化控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 课题研究背景11-14
• 1.2.1 国内外风力发展现状11-13
• 1.2.2 风电技术的发展13-14
• 1.3 课题研究意义14-15
• 1.4 国内外研究现状15-17
• 1.5 论文的主要研究工作17-18
• 第2章 双馈异步风力发电系统响应电网功率动态变化的运行原理18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 双馈异步发电机响应电网功率变化的运行特性18-23
• 2.2.1 双馈异步发电机的运行特性18-19
• 2.2.2 同步发电机的运行特性19-21
• 2.2.3 双馈发电机模拟同步发电机的运行特性21-23
• 2.3 双馈风力发电机响应电网功率变化的运行控制23-28
• 2.3.1 传统双馈风力发电机的有功功率控制原理23-25
• 2.3.2 双馈风力发电机的响应电网功率变化的控制原理25-28
• 2.3.2.1 不同风速下双馈风力发电机的运行控制25
• 2.3.2.2 控制范围限定25-26
• 2.3.2.3 超速减载控制原理26-27
• 2.3.2.4 桨距角控制原理27-28
• 2.4 双馈风力发电机响应电网功率动态变化的机理分析28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 双馈风力发电机参与系统调频的控制策略29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 双馈风力发电机参与频率控制策略29-34
• 3.2.1 转子转速控制模块30-31
• 3.2.2 模拟惯量控制模块31
• 3.2.3 下垂控制模块31-33
• 3.2.4 桨距角控制模块33
• 3.2.5 转速保护及功率判定模块33-34
• 3.2.6 综合控制模块34
• 3.3 双馈风力发电机响应电网功率变化的算例仿真34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 大规模风电场等值模型的研究38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 风电场等值模型的建立38-43
• 4.2.1 风速模型38-40
• 4.2.2 风电场的等值模型40-43
• 4.2.2.1 机组的划分40
• 4.2.2.2 风电机组等值模型40-41
• 4.2.2.3 风电场电气接线系统等值模型41-43
• 4.2.2.4 误差分析43
• 4.3 仿真算例43-50
• 4.3.1 风速方向为西风44-47
• 4.3.2 风速方向为西南风47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 大规模风电场参与调频的优化控制51-59
• 5.1 序言51
• 5.2 含高渗透率风电对电网频率影响51-53
• 5.3 风电场参与调频的比例分析53-54
• 5.4 风电场参与调频能力及经济性分析54-57
• 5.5 风电场参与调频的优化控制策略57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果66

【参考文献】

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本文编号：711286