双馈感应风电机组参与系统调频的控制策略研究

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风力发电是目前技术较成熟的大规模新能源利用方式,在我国能源结构中所占的比重逐年增加。以风电为主的清洁能源快速发展能够带动我国各地区传统化石能源消耗比重逐渐下调,对能源结构的优化调整意义重大,也是从根本上解决困扰我国多地区雾霾等大气污染问题的有效途径。
  目前新建大型风电场普遍采用双馈风电机组(Doubly feed induction generator,DFIG),其转子转速和电网频率之间不存在耦合关系,不能像传统同步发电机一样通过释放或存储转子动能阻尼系统频率变化,随着风电在风能资源丰富地区电力系统中的渗透率不断增加,势必会削弱系统的动态频率响应性能。因此,为了降低大规模风电并网对系统频率稳定性的影响,本文对双馈风电机组参与系统调频的控制策略进行了深入研究,主要内容包括:
  1.对本文研究所涉及的理论基础进行了阐述和分析。包括双馈机组最大功率跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)原理,不同风速区内双馈机组运行控制方式,电力系统频率调节原理和已有的风电机组参与系统调频控制策略。
  2.研究了双馈机组释放转子动能过程的转速保护问题。在不同风速区内,本文对双馈机组释放转子动能过程中的有效释放动能进行了定量分析,并对已有的惯性调频转速保护策略进行了优化,提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。主动的转速保护方式将使风电机组根据实时工况主动退出调频,因此能更好地维持调频过程中自身稳定性。
  3.研究了将超速与模拟惯性控制相结合的转速调节综合控制策略。风电机组利用转子动能只能进行短时惯性调频,且退出调频时容易引起频率的二次跌落,因此本文在分析变速风机功率跟踪原理基础上提出了转速调节综合控制策略,实现了减载后的一次调频与惯性控制的有机结合,完善的风电场频率调节能力。通过对综合调频控制动态过程进行详细分析,给出了合理的转速调节整定方法。
  4.基于MATLAB/Simulink软件搭建了包含风电场的电力系统仿真模型,分别对所提调频控制策略实用性和有效性进行了验证。
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