大型风电场接入中保护与协调控制问题的研究

摘要

为了应对传统能源的快速消耗以及日益严峻的环境问题，绿色可再生能源在世界范围内得到了迅猛的发展。风力发电由于具有无污染、可再生、资源丰富、运行简单和投资回收快等突出优点，受到了人类社会的广泛关注。然而，风电的大规模接入虽然可以改善目前并不合理的能源结构，但同时也会对电网系统带来诸多不利影响。本文主要针对双馈风电场对选相元件的影响以及平抑风电功率波动的风储协调控制算法开展研究，并对风燃协调优化运行策略进行初步的探讨。
　　本文首先对双馈风电机组进行研究，从其故障序阻抗特征出发，理论分析了影响双馈风电场送出线路保护正确选相的原因。推导了故障发生后双馈风电场投入撬棒保护后的各序阻抗表达式，阐明了双馈风电场的正负序阻抗与等效转速和撬棒阻值都密切相关，论证了对于双馈风电场，电源正负序阻抗近似相等的假设不再成立，由此导致风电场侧线路保护处各序电流分配系数也存在很大差异。在此基础上，揭示了相间电流突变量和序分量方法不能正确选相的原因，给出了适合双馈风电场联络线保护的选相元件的推荐方案。最后基于RTDS搭建了仿真模型，对前文的理论分析进行了验证。随后对风储联合运行系统进行深入分析，提出了一种基于模型预测控制（MPC，Model Predictive Control）和低通滤波原理（LPF，Low Pass Filter）的实时平抑长短期风电功率波动的风储协调运行方法。该方法利用风电场发电功率预测曲线，综合考虑优化时域内实际并网功率的平滑效果、储能充电状态、储能出力以及相关约束，通过每15min的滚动计算来实现对储能系统的优化控制。然后，建立了模型预测控制与低通滤波两种原理的联系，推导了对常规LPF原理进行补偿的计算公式，使得储能充电容量变化能够跟踪MPC设定的优化轨迹。算例分析表明，新方法既能够有效平抑1min和10min的短期风电功率波动，又能在15min~4h的时间尺度上，有效控制储能充电容量的变化范围。最后对风燃协调优化控制进行了初步的探讨。简单介绍了燃气-蒸汽联合循环机组的结构和工作原理，然后提出了一种基于混合整数规划的风燃协调控制方法，该方法以风燃协调等效电厂的综合经济性最佳为目标，考虑多个运行约束，使优化得到的结果更加贴合联合循环机组实际的工作特性。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 风电接入对选相元件的影响

2.1双馈风力发电机组

2.2双馈风电场序阻抗特征

2.3风电接入对保护的影响

2.4选相元件的动作原理

2.5双馈风电场序阻抗特点对电流分配系数的影响

2.6双馈风电场序阻抗特征对选相元件的影响

2.7仿真验证

2.8本章小结

第三章 风储协调运行控制方法

3.1风储联合运行系统

3.2风储协调控制策略

3.3 MPC-LPF方法

3.4算例分析

3.5本章小结

第四章 风燃协调优化运行的初步研究

4.1燃气-蒸汽联合循环机组

4.2风燃协调等效电厂的概念

4.3风燃协调的控制策略

4.4仿真验证

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1本文主要工作与创新点

5.2课题展望

参考文献

致谢

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