含大规模风电的互联电网频率控制策略研究

摘要

随着社会现代化进程的不断推进，能源危机和环境污染给社会的可持续发展带来越来越大的挑战。因此，对新能源的开发和利用，受到世界各国的高度重视。风力发电凭借其资源丰富、可大规模开发、建设周期相对较短等优势，在可再生能源领域中占据着重要的地位。然而，风电并网容量的增加，给电力系统的频率稳定控制带来了新的难题和挑战，影响系统的安全稳定运行。研究含大规模风电的互联电网频率控制策略，成为电力系统频率稳定控制的重要研究课题。为此，围绕含风电互联电网的频率控制问题，从风电机组主动参与系统调频和改进互联电网负荷频率控制这两个角度展开研究，论文的主要工作包括:
　　(1)针对传统转子动能控制中双馈风电机组释放转子动能后会立即进行转速恢复的固有缺点，设计一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。所提改进方案能实现转子转速恢复启动时间的主动控制，通过将转速恢复引起的频率下降过程控制在频率恢复稳定后发生，克服释放转子动能后立即进入转速恢复过程对频率控制造成的不利影响。仿真结果表明，所提方法能够有效改善双馈风电机组主动参与系统调频的效果。
　　(2)为改进整数阶PID负荷频率控制器的设计以适应风电的接入，设计一种基于分数阶PID的含风电互联电网负荷频率控制器，并采用粒子群智能算法对控制器参数进行优化整定。仿真结果表明该控制器具有良好的动态性能和抗干扰能力。相比于整数阶PID负荷频率控制器，分数阶PID负荷频率控制器能够更好地处理负荷频率控制中存在的非线性和不确定性。分数阶PID负荷频率控制器能有效降低风电出力的不确定性给互联电网频率控制造成的不利影响，为含风电互联电网的负荷频率控制提供一种新的解决思路。
　　(3)为提高负荷频率控制器的抗参数摄动能力，设计一种基于滑模控制的含风电互联电网负荷频率控制器。仿真结果表明，相比于整数阶PID负荷频率控制器，基于滑模控制的负荷频率控制器具有更好的控制性能，能更好的解决含风电互联电网的负荷频率控制问题。相比于分数阶PID负荷频率控制器，基于滑模控制的负荷频率控制器具有更好的抗参数摄动能力。
　　论文所做的理论研究和仿真结果表明:从风电机组主动参与系统调频和改进负荷频率控制方法这两个角度提出的含风电互联电网频率控制策略是合理有效的，有利于提高含风电互联电网的频率稳定控制能力，能够为含风电互联电网安全稳定运行提供有力保障。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风电机组参与系统调频研究现状

1．2．2 互联电网负荷频率控制研究现状

1．3 本文主要完成的工作

第2章 双馈风力发电机组模型

2．1 引言

2．2 双馈风力发电机组运行原理

2．3 双馈风力发电机组模型

2．3．1 机械系统模型

2．3．2 发电机模型

2．3．3 换流器及其控制系统模型

2．4 本章小结

第3章 基于转子动能控制的风电机组频率控制改进方案

3．1 引言

3．2 传统转子动能控制的特性分析

3．3 基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

3．3．1 转子动能控制改进方案设计思路

3．3．2 转子动能控制改进方案中恒定附加功率△P的实现方法

3．3．3 基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

3．4 仿真研究

3．4．1 仿真模型

3．4．2 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于分数阶PID的含风电互联电网负荷频率控制

4．1 引言

4．2 两区域互联电网负荷频率控制模型

4．3 基于分数阶PID的负荷频率控制器设计

4．3．1 分数阶微积分基础及其数字实现

4．3．2 分数阶PID负荷频率控制器模型

4．3．3 基于PSO算法的分数阶PID负荷频率控制器的参数优化

4．4 仿真分析

4．4．1 仿真模型与参数

4．4．2 阶跃负荷扰动下的负荷频率控制响应分析

4．4．3 风电随机扰动下的负荷频率控制响应分析

4．5 本章小结

第5章 基于滑模控制的含风电互联电网负荷频率控制

5．1 引言

5．2 滑模控制的基础理论

5．3 基于滑模控制的含风电互联电网负荷频率控制

5．3．1 基于滑模控制的负荷频率控制模型

5．3．2 基于滑模控制的负荷频率控制器设计

5．4 仿真分析

5．4．1 仿真模型

5．4．2 外界扰动下的负荷频率控制响应分析

5．4．3 与分数阶PID负荷频率控制器的对比分析

5．5 本章小结

结论

附录

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果