含高渗透率风电的电力系统频率控制

【摘要】：在含高渗透率风电的电力系统中,风电的功率波动性和有功-频率弱惯性将对系统的频率控制带来挑战。本文将针对这两个问题,从风机、风电场、储能以及电力系统等多个层面展开研究,寻求改善含高渗透率风电的电力系统频率控制的方法。 在风电的功率波动性方面：首先,基于系统级的频率仿真以及运行充裕性分析,分别研究风电在分钟到数分钟级以及数分钟到30分钟级两个时间尺度上的功率波动对系统频率控制和运行充裕性的影响,并提出适用于不同系统的的风电场两个时间尺度的波动平抑指标的制定方法,为风电与储能示范工程的规划和运行提供支持；然后,依托国家863课题“多类型储能系统协调控制技术及示范”,提出了一种应用于平抑风电功率波动的储能系统协调控制方法,实现了示范工程项目提出的两个时间尺度的风电功率波动平抑指标,并减小了储能系统容量和功率的需求,波动平抑控制方法的效果在基于MATLAB\Simulink的时域仿真系统中进行了验证。 在风电的有功-频率弱惯性方面：首先,提出了一种风速自适应的变速风力发电机短时支持系统频率的控制方法,使风机在不同的风速区间下以及变化的风速下能为系统提供短时且稳定的频率支持；然后通过对变速风力发电机的频率支持能力以及由频率支持产生的能量成本进行分析,提出了由变速风力发电机组成的风电场短时支持系统频率的优化控制方法,在风电场内对频率支持功率进行优化分配,降低整个风电场的频率支持能量成本并改善整个系统的频率控制效果,整个控制方法的控制效果在基于MATLAB\Simulink的IEEE Reliability Test System (IEEE RTS)仿真系统中进行了验证并与其他方法进行了对比。 【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目次8-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 论文的研究背景12-15
• 1.1.1 风电有功功率波动性与系统频率控制12-14
• 1.1.2 风电有功-频率弱惯性与系统频率控制14-15
• 1.1.3 小结15
• 1.2 应用于平抑风电功率波动的储能系统研究综述15-23
• 1.2.1 应用于平抑风电功率波动的储能系统示范工程16-17
• 1.2.2 储能类型的选取17-18
• 1.2.3 储能系统的功率和容量配置18-19
• 1.2.4 波动平抑控制方法19-21
• 1.2.5 储能系统的能量管理21-23
• 1.2.6 小结23
• 1.3 风电参与系统频率控制的研究综述23-29
• 1.3.1 风力发电机参与频率控制23-27
• 1.3.2 风电场层的协调控制27-28
• 1.3.3 电力系统层的协调控制28-29
• 1.3.4 小结29
• 1.4 论文的研究内容29-31
• 1.4.1 论文研究方向与思路29-30
• 1.4.2 论文主要工作与章节安排30-31
• 第二章 风电场短时功率波动平抑指标的制定31-61
• 2.1 概述31
• 2.2 含风电的电力运行控制与频率仿真31-40
• 2.2.1 电力系统的频率控制31-34
• 2.2.2 含风电的电力系统运行控制与频率仿真34-39
• 2.2.3 IEEE RTS测试系统39-40
• 2.3 基于频率仿真的风电场分钟级功率波动平抑指标的制定40-52
• 2.3.1 风电功率波动以及平抑指标的定义40-41
• 2.3.2 风电分钟级功率波动对电力系统频率控制的影响41-45
• 2.3.3 基于频率仿真的风电场功率短时波动平抑指标的制定45-52
• 2.4 基于运行充裕性评估的风电场短时功率波动平抑指标的制定52-60
• 2.4.1 电力系统运行充裕性评估52-54
• 2.4.2 风电短时功率波动对系统运行充裕性的影响54-55
• 2.4.3 基于运行充裕性评估的风电场短时功率波动平抑指标的制定55-60
• 2.5 本章小结60-61
• 第三章 应用于平抑风电功率波动的储能系统优化控制61-83
• 3.1 概述61
• 3.2 滤波时间常数实时优化模型61-66
• 3.2.1 一阶低通滤波的离散模型61-62
• 3.2.2 滤波时间常数的选取与平抑效果62-64
• 3.2.3 滤波时间常数实时优化模型64-66
• 3.3 基于滤波时间常数实时优化的波动平抑控制66-73
• 3.3.1 基于粒子群优化算法的滤波时间常数优化算法67-69
• 3.3.2 储能能量状态反馈控制69-70
• 3.3.3 两个时间尺度的指标协调策略70-73
• 3.4 算例仿真与分析73-82
• 3.4.1 风电与储能系统概况73-75
• 3.4.2 储能系统的容量和功率配置75-78
• 3.4.3 风电功率波动平抑控制仿真验证78-82
• 3.5 本章小结82-83
• 第四章 风速自适应的风力发电短时频率支持控制83-104
• 4.1 概述83-84
• 4.2 风力发电机短时频率支持控制方法84-89
• 4.2.1 变速风力发电机的基本控制84-86
• 4.2.2 风速自适应的风力发电机短时频率支持控制86-89
• 4.3 短时频率支持控制的风速适应性分析89-99
• 4.3.1 在不同风速区间的控制有效性89-93
• 4.3.2 在风速变化情况下的控制有效性93-97
• 4.3.3 在不同风速测量周期下的控制有效性97-99
• 4.4 算例仿真与分析99-102
• 4.4.1 系统频率控制效果100-101
• 4.4.2 风电场频率支持控制效果101-102
• 4.5 本章小结102-104
• 第五章 风电场短时频率支持控制的功率优化分配104-127
• 5.1 概述104
• 5.2 风力发电机短时频率支持的能力与成本分析104-111
• 5.2.1 风力发电机短时频率支持的能力104-109
• 5.2.2 风力发电机短时频率支持的能量成本109-111
• 5.3 风电场短时频率支持控制的功率优化分配111-115
• 5.3.1 风电场短时支持功率优化分配模型111-112
• 5.3.2 风电场短时支持功率优化分配策略112-113
• 5.3.3 风电场短时频率支持的能力评估113-114
• 5.3.4 风电场短时频率支持控制114-115
• 5.4 算例分析与仿真115-125
• 5.4.1 与减载运行控制方法的对比116-119
• 5.4.2 不同大小支持功率的效果对比119-121
• 5.4.3 风电场频率支持功率优化分配的效果121-124
• 5.4.4 风速变化对控制效果的影响124-125
• 5.5 本章小结125-127
• 第六章 结论127-130
• 6.1 本文研究工作总结127-128
• 6.2 未来研究展望128-130
• 参考文献130-135
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果135-136

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