双馈感应风电机组参与系统一次调频的控制策略研究

【摘要】：变速恒频双馈风力发电机组的解耦控制系统使其无法对系统频率变化做出有效的响应,因此基于双馈感应发电机(doubly fed induction generator, DFIG)的大规模风电场在并入电网时不具备类似传统同步发电机的一次调频能力。而随着风机单机容量的不断增大以及大规模风电并网的不断发展,由此给系统调频所带来的压力也日益增大。因此,为了使系统中的风电机组满足风电并网导则中对其频率响应能力的要求,有必要对风电机组参与系统一次调频的控制策略进行研究。 本文基于传统的功率备用控制和转子动能控制研究了额定风速以下DFIG风电机组参与系统一次调频的控制策略,并提出了有效的调频控制方法。在额定风速以下首先利用超速法实现了风机的减载运行,使风机具有了一定的功率备用。进而在风机转子侧变换器的有功控制系统中加入了附加的频率控制环节,使DFIG风电机组获得了系统频率响应能力。同时,对附加频率控制环节中相关参数的确定进行了必要的分析和讨论,保证了DFIG风电机组在参与系统一次调频过程中的安全稳定运行。为使DFIG风电机组具备与同步发电机相同的一次调频特性,进一步设计了DFIG风电机组转子侧变换器上的附加一次调频控制器,实现了其完全模拟同步发电机功-频特性所进行的一次调频。最后,在仿真软件Matlab/Simulink中建立了一个含较大规模风电并网的经典算例系统,并搭建了附加频率控制环节的控制模块,进而在不同系统频率变化情况下进行了仿真实验。仿真结果表明,本文所提出的调频控制策略能够使DFIG风电机组对系统的频率变化做出快速的响应,并有效地参与系统的一次调频,从而提升了整个系统的调频能力。 【关键词】：双馈风机 超速减载 功率备用 一次调频
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315;TM76
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 选题背景11-13
• 1.1.1 国内外风力发电的发展现状11-12
• 1.1.2 我国中长期风电发展规划12-13
• 1.2 研究意义13-16
• 1.2.1 大规模风电并网对系统调频的影响13-14
• 1.2.2 国内外风电并网导则对风电场频率响应的要求14-16
• 1.3 DFIG风电机组参与系统调频的主要方法和研究现状16-18
• 1.4 本论文的主要研究工作18-20
• 第2章 双馈感应风电机组的基本运行控制及常用的频率控制方法20-37
• 2.1 双馈感应风电机组的基本控制及运行方式20-26
• 2.1.1 双馈感应风力发电机的基本组成结构20-21
• 2.1.2 传统DFIG风电机组的有功功率控制21-23
• 2.1.3 DFIG风电机组的最大功率跟踪运行模式23-24
• 2.1.4 无附加频率控制的DFIG风电机组对系统频率的响应情况24-26
• 2.2 常用的DFIG风电机组频率控制方法26-36
• 2.2.1 功率备用控制方法26-31
• 2.2.2 转子动能控制方法31-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第3章 DFIG风电机组参与系统一次调频的控制策略37-51
• 3.1 DFIG风电机组参与系统调频控制的基本思想37-38
• 3.2 额定风速以下DFIG风电机组参与系统调频的控制策略38-43
• 3.2.1 超速减载调频控制原理38-40
• 3.2.2 DFIG转子侧变换器上的附加频率控制环节40-41
• 3.2.3 额外有功功率参考信号△P的确定41-43
• 3.3 仿真研究43-49
• 3.3.1 基于Matlab/Simulink的仿真模型建立43
• 3.3.2 主要仿真参数的设定43-44
• 3.3.3 任意风速下AP1的计算模型44-45
• 3.3.4 仿真实验及结果分析45-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 模拟同步发电机实现DFIG风电机组一次调频的控制策略51-62
• 4.1 同步发电机一次调频原理51-53
• 4.1.1 同步发电机调速器51-52
• 4.1.2 同步发电机静态功率-频率特性52-53
• 4.2 DFIG风电机组一次调频控制器设计原理53-55
• 4.3 附加控制器中调差系数Rw的影响分析55-56
• 4.4 额定风速以下的仿真研究56-59
• 4.4.1 系统频率下降情况的仿真分析56-57
• 4.4.2 系统频率上升情况的仿真分析57-58
• 4.4.3 参与系统调频的DFIG风电机组功-频特性曲线58-59
• 4.5 两种不同频率控制器设计的对比仿真实验59-61
• 4.6 本章小结61-62
• 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目69

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