风蓄联合系统对电网有功功率及频率影响研究

摘要

随着能源危机和全球气候变暖问题，世界各国大力开发可再生能源，兴建众多的大型风电场。不过由于风具有随机性和间歇性等特点，大规模的开发和并网将给电网的稳定运行和频率控制带来严重的影响。本文利用抽水蓄能电站增减负荷迅速和跟踪负荷能力强等优点与风电场联合运行，将风电间接的存储起来在电网需要时稳定的为电网供电，对平滑联合系统的有功功率输出和减小因风电接入电网造成的电网频率偏移量具有良好的效果。
　　本文先后建立了由双馈发电机组成的风电场和抽水蓄能电站的数学模型，并在数学模型的基础上利用 Matlab/Simulink 仿真软件建立风蓄联合互补调度系统的仿真模型。重点对风蓄联合互补调度系统对电网有功功率及频率的影响进行了研究，具体内容如下：
　　首先，以双馈式风力发电机为代表建立机组的数学模型。研究了风力发电系统中转子侧和电网侧变流器的控制策略并建立数学模型。通过在仿真软件上对风速变化和输电线路三相短路故障两种扰动进行风电并网动态仿真，验证了双馈式风力发电场模型的正确性，为联合运行系统打好基础。
　　其次，根据抽水蓄能电站的工作原理和组成部分建立电站中各个部件的数学模型，主要包括可逆式水泵水轮机及调速器模型、引水系统模型、电动发电机模型。通过 Matlab/Simulink 仿真平台建立抽水蓄能机组并网仿真模型，并对机组在几种常用的工况下进行仿真，验证了模型的正确性，为风蓄联合运行系统做好准备。
　　最后，根据风蓄联合互补调度的工作原理及连接方式重点研究了联合系统中参考功率的计算方法。搭建风速和联合互补调度系统中各个子模块的仿真模型，并建立风蓄联合运行系统的整体模型。仿真结果表明在保证风能利用率的前提下，该系统的有功功率能够平滑流入电网和减小因风电接入电网造成的电网频率偏移量。

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引言

1 绪论

1.1 风电发展现状及并网接纳能力

1.2 风蓄联合互补调度与运行控制

1.3 本课题的研究意义

1.4 本文的主要工作

2 风力发电机组的数学模型及动态特性分析

2.1 引言

2.2 风电机组的组成及工作原理

2.3 风电机组数学模型的建立

2.4 双馈式风电机组的控制策略

2.5 无穷大系统风电并网的仿真与分析

2.6 本章小结

3 抽水蓄能机组的数学模型及动态特性分析

3.1 抽水蓄能电站的构成及工作原理

3.2 抽水蓄能电站的工作特性

3.3 水泵水轮机及调速器数学模型

3.4 引水系统的数学模型

3.5 电动发电机的数学模型

3.6 抽水蓄能机组的并网动态特性仿真及分析

3.7 本章小结

4 风蓄联合互补调度仿真模型

4.1 风蓄联合系统结构框图

4.2 风速模型及仿真

4.3 风力机仿真模型

4.4 双馈电机及变流器控制仿真模型

4.5 抽水蓄能机组的仿真模型

4.6 联合系统中参考功率模块的搭建

4.7 风蓄联合互补调度仿真模型

4.8 本章小结

5 风蓄联合系统对电网有功及频率影响仿真

5.1 引言

5.2 仿真系统概述

5.3 仿真内容及结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论文及参与科研情况