双馈风电机组参与电力系统频率调节的综合控制方法研究

摘要

随着传统能源的枯竭和环境污染的加剧，风力发电正在快速发展，风电的并网容量也在逐渐增大。双馈异步风力发电机（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）作为风力发电的主流机型，其转子侧经变换器接入电网导致转子转速与电网频率解耦控制，大量的DFIG并网时将导致系统的调频能力减弱，而且风能的不稳定性也会影响DFIG并网系统的稳定性。因此，研究DFIG参与电网的调频控制方法，以及与传统同步发电机协调调频的控制策略变得尤为重要和紧迫。本文以 DFIG 并网系统为研究基础，对 DFIG的调频控制方法及其与飞轮储能装置、同步发电机综合调频的控制策略进行了相应研究。 本文将超速减载控制与转子惯性控制结合对DFIG进行协调控制，利用超速减载控制为DFIG提供调频备用容量，转子惯性控制响应系统频率的变化，使DFIG具备良好的调频能力。通过理论推导得出了协调控制中下垂系数、惯量系数的整定公式，改进并设计了一种变参数整定的协调控制方法，使DFIG参与系统调频时能响应风速的变化调整其调频出力。对风速进行分段研究，结合变参数整定的协调控制与变桨距技术，制定了多风速段下DFIG 参与系统一次调频的控制策略，并在MATLAB/Simulink 仿真平台中搭建4机2区域系统模型进行了仿真验证。仿真结果表明变参数整定的协调控制方法能够响应风速的变化并很好地参与系统频率的调节，而且多风速段下DFIG参与系统一次调频的控制策略能够提升DFIG的调频效果。 为了改善风能的不稳定导致DFIG输出功率波动的问题，搭建了DFIG-飞轮储能系统，利用飞轮储能装置的充放电过程来平滑DFIG输出功率的波动，辅助参与系统频率的调节，并设计了不同风速下飞轮储能装置调频容量需求的计算方法。为了配合同步发电机的调频能力，理论分析了DFIG并网系统的调频特性，制定了DFIG并网系统下的综合调频控制策略，并在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建4机2区域系统模型进行了仿真验证。仿真结果表明，飞轮储能装置能改善DFIG输出功率的不稳定并能参与系统调频，而且DFIG并网系统下的综合调频控制策略能够减小同步发电机的调频压力，减小弃风，调频效果良好。

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