高风电渗透率区域电网火电机组调频能力研究

【摘要】：在我国大力推进特高压工程建设的背景下,通过特高压网络输送风电已成为未来风电的发展趋势。然而,由于风速的不确定性,风力发电存在着一定程度的不可预知性。将风电作为主要电源大规模的接入电网,会给目前电网的运行状态造成一定的影响,电网的安全稳定运行可能无法得到保证。制约风电大规模消纳的原因可从多个角度进行分析,本文从电网频率稳定的角度,通过风电功率不确定性波动的分析,深入研究其对电网频率的影响;以频率稳定为约束条件,给出了提高风电消纳规模的有效方法。首先,本文对风电场的历史数据进行分析,定义了用于描述风电功率波动的指标:波动强度和变动强度。采用小波分解和最小二乘拟合得到了风电功率的波动强度和变动强度的三参数幂律模型。在此幂律模型中,给出了风电功率的瞬时波动量与风电功率15min平稳分量间的函数关系,基于此模型,可以实现对风电功率瞬时波动量的实时估计,为分析风电功率波动对电网频率稳定的影响提供基础。为了进一步评价风电功率波动给电网频率带来的影响,采用随机过程的相关理论,定义了计及风电功率波动的电网调频能力(Frequency Regulation Ability)并给出了其量化计算方法。结合两区域系统模型,计算了系统在不同机组运行条件下的调频能力,给出了各因素对FRA的量化影响程度。在不影响系统整体运行的前提下,探究了FRA在电力系统中的应用方法,提出了基于FRA的系统内调频资源调配方法,通过仿真分析验证了该方法的有效性。最后结合本文得到的风电功率波动特性,分别从一次调频和二次调频角度,研究可用于提高电网调频性能的方法。对于一次调频,采用动态一次调频的控制策略来提高其对低频扰动的响应能力;对于二次调频,将风电场出力的实测值引入AGC的前馈控制中,减小了因AGC机组调节速率不足造成的调频性能减小的问题,提高了电网的二次调频能力。通过时域仿真,验证了上述两种控制策略的有效性。本文的工作得到国家重点基础研究发展计划(973计划)(2012CB215201)、国家自然科学基金项目(51107014)以及国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目(2011AA05A105)的资助。 【关键词】：风力发电 电力系统 风电功率波动 调频能力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM621
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 风电不确定性波动研究现状11-12
• 1.2.2 风电功率波动对系统频率稳定的影响研究12-13
• 1.2.3 风电并网后应对风功率波动的调频策略研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 基于历史数据的风电功率波动特性研究16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 风电功率波动的衡量指标16-17
• 2.3 风电功率波动的方差特性17-24
• 2.3.1 Mallat小波分解和重构算法17-18
• 2.3.2 风电单机功率波动方差特性18-21
• 2.3.3 风电场功率波方差分析21-24
• 2.4 风电功率波动的变差特性24-29
• 2.4.1 风电单机功率变差特性分析24-26
• 2.4.2 风电场功率变差特性分析26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 风电并网条件下的电网调频能力评估方法30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 计及风电功率波动的电网调频能力评估30-38
• 3.2.1 计及秒级风电功率波动的电网一次调频能力32-34
• 3.2.2 计及分钟级风电功率波动的电网二次调频能力34-36
• 3.2.3 计及风电功率波动的电网调频能力量化评估可行性分析36-38
• 3.3 PFRAD和SFRAD在风电大规模并网电力系统中的应用38-42
• 3.3.1 不同因素对PFRAD和SFRAD的影响38-41
• 3.3.2 PFRAD和SFRAD的具体应用方法41-42
• 3.4 算例分析42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 改善含风电区域电网调频性能的控制策略研究47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 动态一次调频控制策略47-54
• 4.2.1 动态一次调频的概念47-50
• 4.2.2 动态一次调频控制策略仿真分析50-54
• 4.3 结合实测风电场功率输出进行二次调频的前馈控制54-58
• 4.3.1 影响AGC调节性能的因素分析54-55
• 4.3.2 改善AGC调节性能的前馈控制策略仿真分析55-58
• 4.4 两种控制策略的协调配合58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-67
• 致谢67

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