风电场内双馈机组的功率优化控制研究

摘要

风力发电技术作为应用最广泛的新能源发电技术之一的在世界各国得到了大力发展，其中变速恒频双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)是目前风电场采用的主要机型之一。双馈风力发电系统具有灵活的有功和无功功率调节能力，风电场集中控制系统采用一定的策略响应电网调度下发的功率指令。
　　本文针对电网调度限制风电场有功出力的情况下，风电场如何很好地响应指令值并且保持自身运行的经济性最佳，提出了一种基于风功率预测信息的风电场内双馈机组的功率协调优化控制策略。通过算例计算和MATLAB/Simulink平台上搭建的仿真模型，验证了本文所提控制策略的有效性。具体内容包括:
　　(1)在双馈风电机组的数学模型基础上推导出P-Q功率特性圆，对双馈机组典型的几种不同运行状态下的不同控制方式做了分析，并且详细阐述了双层风电场有功功率控制系统的框架和工作原理。
　　(2)基于双层风电场集中控制系统和风电功率预测系统，以最接近调度目标和最小功率损耗为目标，满足最优潮流和机组自身约束条件，提出了风电场功率优化控制策略，主要分为机组选择模型和功率分配模型两部分。
　　(3)利用MATLAB编写变尺度高斯变异粒子群优化算法对优化模型进行求解，改善了算法的搜索能力。在不同的调度指令方式，不同的参数选取，不同机组规模等方面分别对上述策略求解，初步证明了其可行性。
　　(4)在双馈机组模型中增加了功率校正控制模块，使风机能够根据设定的有功无功出力值输出相应功率，并仿真验证了其有效性。针对风电场集群有功功率控制，比较了各种控制策略的差异，设计了集群功率控制流程，为风电场有功控制策略的制定提供了一定的参考。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外风力发电技术发展现状

1．2．1 世界风力发电发展现状

1．2．2 中国风力发电发展现状

1．2．3 风电场功率控制现状

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 风电机组功率特性及风场功率控制系统

2．1 双馈型风力发电机的功率运行特性

2．1．1 双馈型风力发电机的P-Q功率圆

2．1．2 双馈风机的运行区域划分

2．1．3 有功功率限制下的风电机组控制

2．2 风电场接入电网规范要求

2．3 基于分层结构的风电场有功功率控制系统

2．3．1 风电场功率优化控制系统概述

2．3．2 风电场有功功率控制模式研究

2．4 本章小结

第3章 风电场功率优化控制算法

3．1 风电场功率优化抽象数学模型

3．1．1 机组选择模型

3．1．2 功率分配模型

3．2 非线性混合整数0-1规划的罚函数法

3．3 改进粒子群优化算法

3．3．1 标准粒子群算法基本原理

3．3．2 变尺度高斯变异改进粒子群算法

3．4 十台机组算例验证

3．4．1 机组选择模型验证结果

3．4．2 功率分配模型验证结果

3．5 本章小结

第4章 基于功率预测的风场功率控制模型验证

4．1 大规模风电场功率优化算例

4．1．1 大出力并网限制模式

4．1．2 小出力并网限制模式

4．1．3 多时段功率限制模式

4．2 大规模风电场功率优化仿真

4．3 风电场集群功率优化

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢