基于风功率预测的微电网主动频率支撑控制

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近年来风力发电等新能源得到了飞速发展,规模化风电的利用己显现明显的社会和环境效益。但风力发电机输出功率具有的强随机性、波动性和间歇性等特点,风电并网将对微网系统频率控制带来巨大的挑战。系统频率与有功功率的平衡关系密切,其受到风功率波动的影响最为显著。为了在风电接入时提高系统频率稳定性,对微网的频率控制方法的研究与改进有着重大意义。本文围绕含风电机组的微网系统,研究了频率主动控制策略。论文主要包括以下内容:1)以含风电机组的微网系统为研究对象,为减小风功率波动对系统频率稳定性造成的影响,提出了风机动态模型未知下的基于风功率预测的微网频率控制策略。该策略首先利用卡尔曼滤波算法实现对风功率的预测,然后利用预测的风功率进行频率控制器的设计。设计的频率控制器在建立的微网系统频率控制模型中引入相位补偿,以提高频率的动态响应。以四区域微网系统为例,对风电机组接入多个区域的情况进行仿真分析。结果表明,所提出的基于卡尔曼滤波风功率预测的频率控制策略能够有效的减小系统频率波动,其控制效果明显优于常规PID频率控制方法。2)针对含有运行在最大功率跟踪模式下的风电机组微网频率控制问题,提出了计及风机动态模型含风电机组微电网模型预测频率控制策略。该策略计及风力发电机组的动态特性,并对微网系统状态与响应进行预测,并根据预测信息控制发电机功率指令,从而改善系统的频率动态响应。首先建立了含风力发电机微网系统的频率响应模型。通过将频率响应模型离散化,得到了系统的预测模型。在此基础上,提出了含风电机组微电网模型预测频率控制策略,并分析了模型预测控制参数对控制效果的影响。该策略利用风速信息预测系统的状态和响应,利用这些预测信息,对系统发电机的控制信号进行优化,以提高系统的频率稳定性。最后,通过仿真验证了所提策略的有效性和可行性。3)针对含运行在减载模式下具有调频容量风电机组的微网频率控制问题,提出了基于模型预测控制风机主动参与频率控制策略。首先,建立了含减载运行风机微网系统的频率响应模型,基于该模型推导了系统预测模型。然后通过该预测模型滚动预测系统状态与响应,根据系统的预测信息,进行对风机控制信号的滚动优化,使风机输出能够平抑系统频率波动的风功率。最后,在单区域与四区域微网系统中对该策略进行仿真验证。结果表明,该策略充分利用了风机自身的调频能力,减小系统的频率波动。
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