风光发电参与电网频率调节的主动功率控制策略研究

摘要

近年来，以风能和太阳能为代表的新能源并网发电技术成为一个重点研究领域。由于风能和太阳能的本身特性，导致其功率输出不稳定。随着装机容量和发电量不断增加，使得风电和光伏发电并网影响电力系统的安全稳定运行，并导致部分国家或地区“弃风”和“弃光”现象严重。因此，改变风电和光伏并网系统的功率控制方式，进一步挖掘其调频能力，使其具有参与系统的一次调频能力的研究具有重要的理论和实际的意义。 本文对风电、光伏并网系统参与系统一次频率调节控制进行了研究，提出主动功率控制策略，主要工作如下： 介绍了风电、光伏参与系统调频的研究背景与意义；综述了风电和光伏的并网准则，详细介绍其有功及频率控制研究现状。 研究了双馈风电机组和光伏电池的基本结构和控制策略。在分析双馈风电机组基本组成的基础上，着重分析研究双馈感应发电机以及机组总体控制策略；介绍光伏发电原理、数学模型以及输出特性，重点研究光伏并网逆变器控制策略及光伏电池最大功率跟踪控制。 在分析风电机组参与调频的控制策略的基础上，改进风电机组的虚拟惯性控制，提出基于超速控制的自适应惯性控制，根据风速、机组运行状态和系统频率，实时改变控制系数以调整有功输出，参与系统调频。以期在较低风速下避免风机释放过多能量而使转速过低被切出；在较高风速下最大程度上提供有功支持。在Matlab/Simulink上搭建风电并网系统模型，在较低风速、较高风速和随机风速下比较两个参考控制策略和所提控制策略的调频效果，验证所提控制策略的有效性。 提出光伏发电系统变减载调频控制策略，通过响应频率改变减载率以调整有功出力参与系统调频。变减载控制通过对光伏电池输出数据的拟合，获取减载率与功率对电压变化率（dP/dV）的关系，而后通过改进的爬山法实现对电压的控制，从而实现有功及频率控制。简化光伏电池模型，反向推导出光照与输出电压、电流等之间的关系。在Matlab/Simulink上搭建光伏并网系统模型。对光伏发电系统变减载控制的准确性进行仿真验证；在负荷突变、随机负荷和光照的条件下进行仿真分析，以不参与系统调频为参照，对比分析变减载调频控制策略的调频效果，验证所提调频控制的有效性。最后针对电网中同时存在风电和光伏的情况，在光伏调频系统中接入风电机组，验证风光联合调频的可行性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2.1 风电和光伏并网标准

1.2.2 风电并网系统有功及频率控制研究现状

1.2.3 光伏并网系统有功及频率控制研究现状

1.3 论文主要的研究内容

第2章 风电和光伏发电系统

2.1 风力发电系统

2.1.1 风力机的数学模型

2.1.2 双馈感应发电机的数学模型

2.1.3 双馈风电机组控制系统

2.1.4 最大功率点跟踪控制

2.2 光伏发电系统

2.2.1 光伏电池的数学模型

2.2.2 光伏电池的输出特性

2.2.3 光伏并网逆变器控制

2.2.4 最大功率点跟踪控制

2.3 本章小结

第3章 风力发电系统的调频策略研究

3.1.1 超速控制

3.1.2 虚拟惯性控制

3.2 风电系统的自适应惯性控制策略

3.2.1 自适应下垂控制

3.2.2 自适应虚拟惯量控制

3.3.1 系统简介

3.3.2 仿真分析

3.4 本章小结

第4章 光伏发电系统的调频控制策略研究

4.1 光照估计

4.2.1 变减载调频控制的基本原理

4.2.2 参数拟合

4.3.1 系统简介

4.3.2 光伏变减载控制仿真验证

4.3.3 光伏调频控制仿真分析

4.3.4 风电和光伏调频控制仿真分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢