双馈风力发电机组参与一次调频的控制策略研究

摘要

作为一种清洁的、无污染的可再生能源，风能日益受到世界各国的重视。风力发电是目前最具商业发展前景的新能源发电方式，逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速。风电大规模并网后必将对电网频率的稳定产生重大影响，如果风电机组也能像常规机组一样具备一次调频的能力，这在减少二次调频的动作、维持电网频率的稳定方面有着非常重要的作用。基于上述原因，本文对双馈风电机组如何参与电力系统一次调频的问题进行了深入研究，取得了一些有意义的成果。
　　 本文首先介绍了电力系统一次调频的相关原理，其次详细地分析了双馈风电系统的各部分数学模型，然后研究了双馈风电机组的相关控制技术，最后分析了双馈风电机组参与电力系统一次调频的原理并给出了包含风电的电力系统频率调节模型。为了使双馈风电机组也能参与电力系统一次调频，本文在双馈风电机组控制系统中增加了频率控制环节，利用双馈风电机组转子的旋转动能来参与电力系统的一次调频，提出了两种不同的频率控制策略:惯性控制策略和改进控制策略，并从理论上分析了两种制策略的调频性能，对现有的包含风电仿真算例系统进行改动并通过Matlab/Simulink仿真分析比较了双馈风电机组在不同情形下参与电力系统一次调频的效果。仿真结果表明，两种控制策略均能改善系统的频率响应，但改进控制策略能够对系统的频率变化做出更快的响应，调节效果更好，从而提升了整个系统的一次调频能力。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 风力发电现状和前景

1．1．1 风电的发展现状

1．1．2 风电的发展前景

1．2 风力发电机组的运行方式

1．2．1 恒速恒频运行

1．2．2 变速恒频运行

1．3 双馈型异步发电机

1．4 风电并网对电力系统频率的影响

1．5 风电参与一次调频的研究现状

1．6 本文的主要工作

第2章 电力系统一次调频原理

2．1 频率调整的必要性

2．2 电力系统频率的静态特性

2．2．1 综合负荷的有功功率静态频率特性

2．2．2 发电机组的有功功率静态频率特性

2．3 频率的一次调整

2．4 本章小结

第3章 双馈风电系统的数学模型

3．1 双馈电机的数学模型

3．1．1 双馈电机基本方程式

3．1．2 双馈电机定转子电流的计算

3．1．3 双馈电机中的能量流动

3．1．4 双馈电机的电压和磁链方程

3．2 风速模型

3．2．1 风速变化对风力发电机的影响

3．2．2 风的基本性质

3．2．3 组合风速模型

3．3 空气动力学模型

3．3．1 风能的计算

3．3．2 风力机的气动理论

3．3．3 叶尖速比及风能利用系数

3．4 传动系统模型

3．5 本章小结

第4章 双馈风力发电系统的控制技术

4．1 转子侧变换器控制

4．2 网侧变换器控制

4．3 最大风能追踪控制

4．4 桨距角控制

4．5 本章小结

第5章 双馈风电机组参与系统调频的研究

5．1 双馈异步发电机的工作原理

5．2 双馈风电机组参与一次调频原理

5．3 惯性控制策略

5．4 改进控制策略

5．5 仿真研究

5．5．1 MATLAB／Simulink简介

5．5．2 算例系统

5．5．3 惯性控制策略仿真

5．5．4 控制策略比较

5．6 本章小结

总结

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文