双馈风力发电机参与电力系统频率调节的控制策略研究

摘要

随着风电技术的快速发展，风电场的并网容量也越来越大。但是由于交流器的作用，使得风电机组的转子和系统频率解耦，风电场不能像传统的同步发电机一样为系统提供惯量支持。而且由于风速的波动，风电场本身对电网系统的频率稳定性也会产生很大的影响。因此，探究风电场参与电力系统频率调节控制新方法具有较强的紧迫感与实际意义。
　　本文主要对双馈风力发电机(Doubly-fed Induction Generator，DFIG)的并网影响进行了分析，并针对其参与电力系统频率调节的控制方法进行了设计。
　　首先对的DFIG基本模型和控制方法进行了介绍，对DFIG传统频率控制方法和功率控制方法的优缺点进行分析，其中详细说明了虚拟惯量控制和超速减载控制。阐述了虚拟惯量控制与最大功率跟踪控制之间的矛盾，并分析了虚拟惯量参数对调频效果的影响。
　　本文提出一种综合惯量控制方法，将改进的超速减载控制与虚拟惯量控制中的下降控制相互结合。根据系统不同的频率情况，通过输入可变的减载系数使减载控制模块快速输出功率参考值，转移功率跟踪曲线，令风电机组具有功率—频率响应特性，并通过对控制参数对电力系统等效惯量的影响进行分析，设计了具体的控制模型。在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上搭建了相关系统模型进行仿真，仿真结果表示本文提出的综合惯量控制方法能够使以DFIG组成的风电场更加快速有效的对系统频率的变化做出响应，对系统提供有功功率支持。
　　最后为了进一步提高DFIG参与系统频率调节的能力，使其能够同时参与电力系统频率的一次调节和二次调节，通过对同步发电机参与二次调频的过程进行分析，本文设计了DFIG的附加桨距角控制器，使其能够模拟同步发电机移动功率—频率特性曲线的过程，可以主动响应自动发电控制(AutomaticGeneration Control, AGC)的控制信号以参与二次频率调节。并与系统中的同步发电机相协调，根据风电场的状态自动分配功率控制系数。通过仿真分析表明本文提出控制策略能够使风电场更有效的参与电力系统频率的一次与二次调节，整个系统的频率调节能力得到了提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义与背景

1．2 大规模风电并网对电力系统的影响

1．3 风电场参与系统频率控制研究现状

1．3．1 风电场参与一次调频的研究现状

1．3．2 风电场参与二次调频的研究现状

1．4 本论文的主要研究工作和章节安排

第2章 双馈风力发电机模型及其控制策略

2．1 引言

2．2 双馈风力发电机的基本模型

2．2．1 双馈风力发电机的空气动力学模型

2．2．2 双馈风力发电机的发电机模型

2．3 双馈风力发电机的功率控制策略

2．3．1 最大功率跟踪控制原理

2．3．2 有功备用控制原理

2．4 双馈风力发电机虚拟惯量控制策略

2．5 虚拟惯量控制参数对控制效果的影响

2．6 本章小结

第3章 双馈风力发电机的综合惯量控制策略

3．1 引言

3．2 大规模风电接入后对电网惯量时间常数的影响

3．3 基于超速减载的虚拟惯量控制策略

3．4 基于功率一频率响应的综合虚拟惯量控制

3．5 仿真分析

3．5．1 基于DIgSILENT／PowerFactory的仿真模型建立

3．5．2 仿真实验结果分析比较

3．6 本章小结

第4章 基于自定义AGC模型的风电系统的频率调节

4．1 引言

4．2 自动发电控制

4．2．1 自动发电控制的基本概念和运行方式

4．2．2 自动发电控制结构

4．3 计及风电场的AGC模型

4．3．1 适用于二次频率调节的双馈风力发电机功率控制

4．3．2 计及预测误差和风电支持能力的AGC模型

4．4 仿真分析

4．4．1 风速恒定的情况

4．4．2 风速波动的情况

4．5 本章小结

全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和科研情况