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《上海交通大学》 2013年
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风电并网运行控制及频率调节研究

薛迎成  
【摘要】:在化石能源即将枯竭和环境污染日益严重的今天,风能因为具有可再生、易开发以及具性价比高的优点,因此日益被人们所注重。因为风能有着不确定以及随机波动的特性,这样就造成风力发电设备所输出的电功率起伏较大,而且由于风电并网持续扩容,风力发电设备在输出电功率上的波动性与随机性给系统的调频控制带来的困难也更加突出,因此,有必要对此展开研究并提出解决措施。本文从变速风电机组(VSWT)输出功率平滑、频率控制两方面的研究总结,主要成果包括:(1)研究和分析风力发电的基本原理,构建风速,以及转动机的数学模型,同时构建风力涡轮机,还有发电机的数学模型,并以此为基础,构建风力发电的并网模型,以此对风电对配电网的影响进行研究。(2)讨论双馈风力发电机参数对系统惯性响应和频率控制的影响,分析了辅助惯性控制回路参数的作用。在此基础上,提出一种利用双馈感应发电机更有效参与系统频率调节的新方法,该方法利用双馈感应发电机的快速功率控制能力,瞬时释放转子的部分动能,提供早期频率支持。仿真计算表明,新方法可以更有效的改善系统频率响应。(3)在比较传统发电机组和风电机组的调频能力基础上,提出一种以整个风电场为对象的新型风电场调频控制策略,该策略基于分层架构,通过储备控制,既能在开始几秒钟提供快速有功功率支持,帮助水力发电为主的系统减少初始频率下降,在一定风速下,也能长期提供额外有功功率支持[1]。(4)由于风力不确定的特点,风力发电备用容量一般由常规电厂提供,这种方式不仅增加系统运营成本,而且在出现频率事件时增加系统压力。本文提出了一种新的策略,它利用变速风力发电机(VSWT)快速功率控制能力主动提供一次调频备用容量,该策略通过风力发电机卸载运行,即使风速在大范围内变化,也能够确保一次调频备用容量。仿真实验证明了该策略能有效地控制备用容量,使变速风力发电机参与系统频率控制。(5)分析了采用传统功率控制策略的风力发电系统的不足,提到了不需要增添辅助设施的一种全新的功率平滑控制策略,也就是在有效风速的范畴中,结合桨距控制和速度控制的风电场有功功率平滑控制策略。仿真结果表明,所提出的控制方案能有效降低风电场输出电功率的起伏。论文还对在直流侧增加超级电容的风电系统进行了研究,基于不对电网与电机的侧变流器的控制策略进行改变的前提下,和超级电容储能系统方面的能量控制策略进行有机的结合,让输出功率能够实现平滑控制。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM614

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【参考文献】
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