多时间尺度下考虑机组变桨动作优化的风电场有功控制系统研究

摘要

随着电网中风电渗透率的不断提高，为了应对大规模风电接入给电网有功调度和安全稳定运行带来的巨大压力和新的挑战，减小大规模风电并网对电力系统调频、调度的不利影响，提高电网对风电的消纳能力，有必要深入研究风电场的有功功率控制策略，充分发掘风电机组功率调节及参与电网辅助服务的能力。本文主要对风电场有功控制系统中的机组有功控制系统和风电场有功分配系统开展相关研究，具体工作如下:
　　针对现有风电机组有功控制策略在高风速段会引起变桨系统频繁动作的问题，本文提出了基于转速与桨矩协调控制的改进有功控制策略，兼顾风电机组功率调节效果与运行工况。该方法充分利用风机具备的高转速调节裕度，优先通过调节风轮动能平衡风力机输入/输出的不平衡功率，从而能够有效降低风机在全风速段的变桨动作频率与幅度，减轻变桨机构疲劳，延长风机运行寿命，最后在Matlab/Simulink仿真平台中验证了所提新型风电机组有功功率控制策略的有效性。
　　针对由风速波动和预测误差所引起的风电场发电误差的问题，本文在风电场有功控制系统中提出了基于多时间尺度的双层有功分配控制框架，包括长时间尺度上的上层全局优化分配策略和短时间尺度上的下层实时修正控制策略。其中，全局优化分配策略综合考虑场内各机组的预测信息，运行状态与控制特性等多方面影响因素，以风电场发电误差最小、风机启停次数最少和机组控制系统动作次数最小构建目标函数，制定各机组的优化调度指令，实现风电场经济运行;实时修正控制策略在全局优化分配策略的基础上，针对由风速波动及调度指令过高所引起的机组有功出力不足，利用具有功率调节裕度的机组来缓解风电场有功波动，实时调整机组的有功调度指令，进而提高风电场输出功率的稳定性与可靠性。最后，通过仿真算例对比对所提风电场有功分配策略的有效性进行了验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 大规模风电接入对电力系统的影响

1．1．2 风电场有功控制的研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 风电机组有功控制研究现状

1．2．2 风电场有功分配研究现状

1．2．3 现有研究存在的问题

1．3 本文研究内容

2 风电场有功控制系统模型

2．1 风电场有功控制系统

2．1．1 风速预测系统

2．1．2 功率分配系统

2．1．3 机组控制系统

2．2 风电机组数学模型及搭建

2．2．1 气动模型

2．1．2 传动链模型

2．2．3 变桨系统模型

2．2．4 快慢系统解耦的简化风电机组模型

2．3 本章小结

3 基于转速与桨矩协调控制机组有功控制策略

3．1 风机的能量平衡分析

3．2 现有有功功率控制策略

3．2．1 基于变桨调节的有功功率控制

3．2．2 基于转速调节的有功功率控制

3．2．3 存在问题

3．3 基于转速与桨矩协调控制的改进策略

3．3．1 N_APC工作原理

3．3．2 N_APC控制框图

3．4 仿真对比

3．3．1 低幅值湍流风速的仿真比较

3．3．2 高幅值湍流风速的仿真比较

3．5 本章小结

4 多时间尺度下的风电场有功分配策略

4．1 机级控制存在的不足

4．2 风电场双层有功分配控制框架

4．3 上层全局优化分配策略

4．3．1 机组风功率预测

4．3．2 优化目标

4．3．3 数学模型

4．3．4 求解方法

4．4 下层实时修正控制策略

4．4．1 控制原理

4．4．2 功率协调系数

4．4．3 控制框图

4．5 仿真算例

4．5．1 全局优化分配策略验证

4．5．2 实时修正控制策略验证

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况