双馈感应风电机组参与系统调频的控制策略研究

【摘要】：风力发电作为绿色可再生能源近年来在我国快速发展，风电在电网中的比例也不断提高，使风电场像常规电厂一样承担电网的调频任务成为了新要求。在各个风电场中，双馈感应风电机组因变速运行且控制特性灵活，已成为主流机型。本文就双馈风电机组参与系统频率调节的问题进行研究，并取得了以下成果： （1）建立了风力机和双馈电机的数学模型，研究了该机组的工作原理和功率流动关系，提出了转子侧变流器与网侧变流器的矢量定向控制策略，并分析了双馈机组的最大功率追踪过程，为机组频率策略的研究提供了理论基础。 （2）在双馈机组变速运行以追踪最大功率的模式下，研究了双馈风电机组对系统频率变化的响应特性；阐述了大规模风电并网对系统整体转动惯量和其一次调频能力的影响，以及风电渗透率不断提高后系统频率的波动结果。为了双馈机组频率策略的研究，还介绍了同步机组的惯性响应和一次调频过程。 （3）分析了系统频率波动时双馈机组的功率控制能力，给出了风电机组输出功率随转子转速变化的规律，从而表明双馈风电机组具有参与系统频率调节的潜在能力。此外，还针对风力机转速的不同响应程度提出了变速风电机组虚拟转动惯量的概念，并推导出了其具体的数学表达式。 （4）基于双馈机组的功率追踪过程，提出了双馈风电机组的两种频率响应策略。通过双馈机组功率追踪曲线的切换，实现了双馈风机的惯性响应控制；通过双馈机组载荷度的变化，实现了双馈风机的一次频率控制，并阐述了两种频率控制策略的具体方式和详细过程。 （5）在Matlab/Simulink仿真软件中建立了电力系统的仿真模型，对本文所述的双馈机组频率控制策略进行了仿真分析，结果表明双馈机组具有良好的频率响应特性，与同步发电机组一样可对系统频率提供动态支持，即验证了本文所提控制方案的有效性。 【关键词】：风力发电 双馈感应风电机组(DFIG) 频率调节 惯性响应控制 一次频率控制
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 风力发电的研究现状11-15
• 1.2.1 风电机组的类型11-13
• 1.2.2 频率控制策略的研究现状13-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-17
• 第2章 双馈风电机组的运行原理17-33
• 2.1 双馈风电机组的基本原理17-19
• 2.1.1 双馈机组的变速恒频原理17-18
• 2.1.2 双馈机组的功率关系18-19
• 2.2 风力机数学模型19-24
• 2.2.1 风速的组合模型19-21
• 2.2.2 风力机功率特性21-23
• 2.2.3 轴系的数学模型23-24
• 2.3 双馈风电机组的矢量控制策略24-30
• 2.3.1 双馈电机的数学模型24-26
• 2.3.2 变流器的数学模型26-27
• 2.3.3 转子侧变流器的矢量控制策略27-29
• 2.3.4 网侧变流器的矢量控制策略29-30
• 2.4 风机运行区间及最大功率追踪30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 含双馈风电机组的电网频率响应分析33-40
• 3.1 电网频率的调节33-37
• 3.1.1 同步发电机的惯性响应33-34
• 3.1.2 系统频率的一次调节34-36
• 3.1.3 系统频率的二次调节36-37
• 3.2 风机并网对系统频率的影响37-38
• 3.2.1 对惯性响应的影响37-38
• 3.2.2 对一次调频的影响38
• 3.3 不同风电渗透率时电网频率的响应分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 双馈风电机组的频率控制策略40-56
• 4.1 双馈机组的调频能力分析40-43
• 4.1.1 双馈机组的输出功率控制40-42
• 4.1.2 双馈机组的虚拟转动惯量42-43
• 4.2 基于功率追踪曲线切换的惯性控制策略43-47
• 4.2.1 双馈机组的功率控制模式43-45
• 4.2.2 双馈机组的‘隐含’惯量45
• 4.2.3 功率追踪曲线切换的惯性控制45-47
• 4.3 基于载荷度变化的一次频率控制策略47-50
• 4.3.1 双馈机组的功率备用方法47-48
• 4.3.2 载荷度变化的一次频率调节48-50
• 4.4 两种频率控制策略的仿真分析及对比50-55
• 4.4.1 双馈机组惯性控制的仿真分析51-52
• 4.4.2 双馈机组一次调频的仿真分析52-54
• 4.4.3 两种频率控制策略的比较54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 结论与展望56-58
• 1. 结论56-57
• 2. 展望57-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果61-62
• 致谢62

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