大规模风电并网运行频率稳定与控制策略研究

【摘要】：作为最成熟和最具发展前景的清洁发电技术，风力发电近年来保持着强劲的发展势头，大规模风电并网运行将成为必然趋势。更具规模化的风力发电不仅顺应了全球能源结构调整的战略目标，同时也对相关技术领域提出了更高的要求和挑战。 本文在已有的风力发电技术研究基础之上，针对大规模风电并网运行后所带来的频率稳定性问题，以风电场的有功功率控制策略为对象开展研究工作。 首先，分析了风力发电的基本原理与风电机组的分类，并详细介绍了恒速恒频风力发电机组、双馈异步风力发电机组和永磁直驱风力发电机组的基本结构与运行特点；针对主流机型（双馈型风力发电机组）建立其数学模型，并在MATLAB中搭建实现。在此基础之上，分析了风力发电并网运行给电力系统频率稳定性带来的影响。 其次，风力发电机组有功控制是风电场有功控制过程中的重要环节之一，因此介绍了风力发电机组的有功功率控制策略。基于不同风速的划分，风力发电机组有低风速、中风速和高风速三种控制模式，并且在三种控制模式下，风力发电机组都能够很好地进行有功功率控制，为发挥风电场的辅助调频功能提供了必要条件。 最后，在已有的研究基础上，针对规模化风电并网所带来的频率问题，从风电场侧出发，介绍了一种具有辅助调频功能的风电场有功功率控制策略。当系统频率偏差超过限值时，风电场切换至辅助调控模式，从而能够主动参与一部分频率调节工作，可以在一定程度上缓解常规电厂的调频压力，加快频率恢复的速度与时间。 【关键词】：风力发电 频率稳定 双馈风电机组 有功控制策略 频率调节
【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
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景9-11
• 1.1.1 全球风电发展现状9-10
• 1.1.2 中国风电发展现状10-11
• 1.2 课题研究的意义11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.4 课题主要研究工作13-15
• 第2章 风力发电系统的原理与数学模型15-26
• 2.1 风力发电的基本原理与风电机组的分类15-17
• 2.2 双馈感应风力发电机组的基本结构17-18
• 2.3 双馈感应风力发电机组的运行原理18-19
• 2.4 基于双馈感应发电机的风电机组模型的建立19-24
• 2.4.1 风力机气动模型19-21
• 2.4.2 风力发电机模型21-23
• 2.4.3 传动装置模型23-24
• 2.5 小结24-26
• 第3章 风力发电并网运行对系统频率的影响分析26-33
• 3.1 电力系统频率波动的原因及其危害26-27
• 3.2 风电并网对系统频率的影响分析27-32
• 3.2.1 风电大规模接入后的系统频率稳定问题27-29
• 3.2.2 大规模风电并网运行频率稳定性仿真分析29-32
• 3.3 小结32-33
• 第4章 风力发电机组有功功率控制策略33-40
• 4.1 基于不同风速的风力发电机组控制模式的划分33-37
• 4.1.1 低风速控制模式33-34
• 4.1.2 中风速控制模式34-36
• 4.1.3 高风速控制模式36-37
• 4.2 风力发电机组的有功功率控制及仿真分析37-39
• 4.2.1 风力发电机组有功功率控制原理37-38
• 4.2.2 仿真分析38-39
• 4.3 小结39-40
• 第5章 具有辅助调频功能的风电场有功功率控制策略40-51
• 5.1 风电场有功控制基本思想40-41
• 5.2 风电场发电余量41-42
• 5.3 具有辅助调频功能的风电场有功功率控制策略42-45
• 5.3.1 风电场有功功率参考值的修定42
• 5.3.2 辅助调频控制原理42-43
• 5.3.3 风电场有功功率分配方法43-44
• 5.3.4 具有辅助调频功能的风电场有功功率控制策略流程图44-45
• 5.4 仿真验证45-50
• 5.4.1 风电场正常运行模式仿真45-47
• 5.4.2 风电场辅助调控模式仿真47-50
• 5.4.2.1 风电场浅幅调频情况仿真47-48
• 5.4.2.2 风电场深幅调频情况仿真48-50
• 5.5 小结50-51
• 第6章 总结与展望51-52
• 参考文献52-55
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研项目55-56
• 致谢56

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