風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行控制及頻率調(diào)節(jié)研究

【摘要】：在化石能源即將枯竭和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天,風(fēng)能因?yàn)榫哂锌稍偕?、易開發(fā)以及具性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn),因此日益被人們所注重。因?yàn)轱L(fēng)能有著不確定以及隨機(jī)波動(dòng)的特性,這樣就造成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備所輸出的電功率起伏較大,而且由于風(fēng)電并網(wǎng)持續(xù)擴(kuò)容,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在輸出電功率上的波動(dòng)性與隨機(jī)性給系統(tǒng)的調(diào)頻控制帶來的困難也更加突出,因此,有必要對此展開研究并提出解決措施。本文從變速風(fēng)電機(jī)組(VSWT)輸出功率平滑、頻率控制兩方面的研究總結(jié),主要成果包括:(1)研究和分析風(fēng)力發(fā)電的基本原理,構(gòu)建風(fēng)速,以及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)構(gòu)建風(fēng)力渦輪機(jī),還有發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并以此為基礎(chǔ),構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)模型,以此對風(fēng)電對配電網(wǎng)的影響進(jìn)行研究。(2)討論雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)對系統(tǒng)慣性響應(yīng)和頻率控制的影響,分析了輔助慣性控制回路參數(shù)的作用。在此基礎(chǔ)上,提出一種利用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)更有效參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的新方法,該方法利用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的快速功率控制能力,瞬時(shí)釋放轉(zhuǎn)子的部分動(dòng)能,提供早期頻率支持。仿真計(jì)算表明,新方法可以更有效的改善系統(tǒng)頻率響應(yīng)。(3)在比較傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻能力基礎(chǔ)上,提出一種以整個(gè)風(fēng)電場為對象的新型風(fēng)電場調(diào)頻控制策略,該策略基于分層架構(gòu),通過儲(chǔ)備控制,既能在開始幾秒鐘提供快速有功功率支持,幫助水力發(fā)電為主的系統(tǒng)減少初始頻率下降,在一定風(fēng)速下,也能長期提供額外有功功率支持[1]。(4)由于風(fēng)力不確定的特點(diǎn),風(fēng)力發(fā)電備用容量一般由常規(guī)電廠提供,這種方式不僅增加系統(tǒng)運(yùn)營成本,而且在出現(xiàn)頻率事件時(shí)增加系統(tǒng)壓力。本文提出了一種新的策略,它利用變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)(VSWT)快速功率控制能力主動(dòng)提供一次調(diào)頻備用容量,該策略通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)卸載運(yùn)行,即使風(fēng)速在大范圍內(nèi)變化,也能夠確保一次調(diào)頻備用容量。仿真實(shí)驗(yàn)證明了該策略能有效地控制備用容量,使變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)參與系統(tǒng)頻率控制。(5)分析了采用傳統(tǒng)功率控制策略的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不足,提到了不需要增添輔助設(shè)施的一種全新的功率平滑控制策略,也就是在有效風(fēng)速的范疇中,結(jié)合槳距控制和速度控制的風(fēng)電場有功功率平滑控制策略。仿真結(jié)果表明,所提出的控制方案能有效降低風(fēng)電場輸出電功率的起伏。論文還對在直流側(cè)增加超級(jí)電容的風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行了研究,基于不對電網(wǎng)與電機(jī)的側(cè)變流器的控制策略進(jìn)行改變的前提下,和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)方面的能量控制策略進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,讓輸出功率能夠?qū)崿F(xiàn)平滑控制。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) 功率波動(dòng) 有功功率平滑 頻率控制 慣性響應(yīng) 備用容量 卸載運(yùn)行
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 研究背景及其意義12-14
• 1.2 風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.3 風(fēng)電發(fā)展面臨的問題16-17
• 1.4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有功功率平滑控制技術(shù)研究現(xiàn)狀17-22
• 1.5 變速風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻的研究現(xiàn)狀22-26
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容26-28
• 第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)情況分析28-48
• 2.1 引言28
• 2.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)28-31
• 2.2.1 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)28-29
• 2.2.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)29-31
• 2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理31-34
• 2.4 風(fēng)力機(jī)與傳動(dòng)模型34-38
• 2.4.1 風(fēng)速模型34-35
• 2.4.2 風(fēng)力機(jī)模型35-37
• 2.4.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)建模37-38
• 2.5.恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型38-39
• 2.6 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型39-42
• 2.7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)分析42-47
• 2.7.1 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型42-43
• 2.7.2 風(fēng)電并入電網(wǎng)情況研究43-47
• 2.8 小結(jié)47-48
• 第三章 常規(guī)機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電頻率特性比較48-59
• 3.1 不同風(fēng)電機(jī)組的頻率響應(yīng)特性分析48-53
• 3.1.1 普通異步機(jī)的頻率響應(yīng)特性48-50
• 3.1.2 DFIG機(jī)組的頻率響應(yīng)特性50-53
• 3.3 常規(guī)機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電頻率特性比較53-55
• 3.3.1 雙饋發(fā)電機(jī)可能釋放的動(dòng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通同步機(jī)53
• 3.3.2 常規(guī)機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電頻率響應(yīng)特性比較53-54
• 3.3.3 討論54-55
• 3.4 變速風(fēng)力發(fā)電短期有功功率支持能力55-58
• 3.5 小結(jié)58-59
• 第四章 基于功率濾波的風(fēng)力場功率平滑控制59-75
• 4.1 風(fēng)電功率波動(dòng)情況介紹59-63
• 4.1.1 風(fēng)速波動(dòng)情況介紹59-60
• 4.1.2 風(fēng)電功率波動(dòng)特性60-61
• 4.1.3 風(fēng)能波動(dòng)的頻率范圍61-62
• 4.1.4 風(fēng)電功率波動(dòng)的時(shí)空分布特性62-63
• 4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)擴(kuò)展槳距控制原理63-66
• 4.3 基于功率濾波的風(fēng)電場功率平滑控制66-74
• 4.3.1 基于分頻風(fēng)電場功率平滑控制67-71
• 4.3.2．仿真結(jié)果及分析71-74
• 4.4 小結(jié)74-75
• 第五章 采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組輸出功率平滑控制策略75-90
• 5.1 直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)75-76
• 5.2 電機(jī)側(cè)變換器的控制策略76-77
• 5.3 儲(chǔ)能單元控制策略77-81
• 5.3.1 超級(jí)電容模型77-78
• 5.3.2 儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu)原理78-79
• 5.3.3 儲(chǔ)能單元數(shù)學(xué)模型79-80
• 5.3.4 儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能容量的配置80-81
• 5.4 網(wǎng)側(cè)逆變單元控制策略81-83
• 5.4.1 電網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型81-82
• 5.4.2 網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略82-83
• 5.5 永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型83
• 5.6 輸出功率平滑控制策略83-85
• 5.7 輸出功率平滑的仿真研究85-89
• 5.7.1 仿真模型85-86
• 5.7.2 輸出功率穩(wěn)定仿真86-89
• 5.8 小結(jié)89-90
• 第六章 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)研究90-101
• 6.1 頻率響應(yīng)機(jī)理分析90-93
• 6.1.1 慣性控制分析90-92
• 6.1.2 控制器參數(shù)對系統(tǒng)慣性的影響分析92-93
• 6.2 系統(tǒng)仿真93-98
• 6.2.1 仿真系統(tǒng)模型93
• 6.2.2 雙饋發(fā)電機(jī)的頻率響應(yīng)93-95
• 6.2.3 初始轉(zhuǎn)速對慣性控制的影響95-96
• 6.2.4 控制器參數(shù)對慣性控制的影響96-97
• 6.2.5 最大功率跟蹤MPT特性的影響97
• 6.2.6 濾波器參數(shù)的影響97-98
• 6.3 新的調(diào)頻控制策略98-100
• 6.4 小結(jié)100-101
• 第七章 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供調(diào)頻備用容量101-116
• 7.1 變速風(fēng)電發(fā)電機(jī)調(diào)頻和儲(chǔ)備控制機(jī)理101-103
• 7.2 新型風(fēng)電調(diào)頻和儲(chǔ)備控制策略103-107
• 7.2.1 基本思想103-104
• 7.2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)卸載運(yùn)行104-106
• 7.2.3 根據(jù)頻率變化改變運(yùn)行點(diǎn)106-107
• 7.3 仿真實(shí)例107-114
• 7.3.1 卸載運(yùn)行和備用容量108-112
• 7.3.2 在風(fēng)速高時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行112-113
• 7.3.3 在中風(fēng)速時(shí)部分負(fù)荷運(yùn)行113-114
• 7.3.4.緊急調(diào)控模式114
• 7.4 本章小結(jié)114-116
• 第八章 基于分層架構(gòu)的風(fēng)電場頻率調(diào)節(jié)策略116-122
• 8.1 風(fēng)電場頻率控制方案117-121
• 8.2 小結(jié)121-122
• 第九章 結(jié)論與展望122-125
• 9.1 結(jié)論122-123
• 9.2 展望123-125
• 參考文獻(xiàn)125-129
• 附錄129-132
• 攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目132-133
• 攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文133-134
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)明專利134-135
• 致謝135-137

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超速與變槳協(xié)調(diào)的雙饋風(fēng)電機(jī)組頻率控制    張昭遂;孫元章;李國杰;程林;林今;

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高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)    

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利用面向方框圖的仿真方法對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真    侯書紅;張新燕;

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片研制探索    周俊旭;張林文;鄒宇知;

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淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維修與保養(yǎng)    吳亞飛;

戚機(jī)廠試制成功風(fēng)力發(fā)電機(jī)    季紅兵玉濤

黃石一退休高工造出風(fēng)力發(fā)電機(jī)    黃宣傳

哈電領(lǐng)軍國內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)    宋亞平 王雪杉 記者　 薛秀穎

一種家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)在黃石“懷胎”    本報(bào)記者 原子 實(shí)習(xí)生 王太剛

渾南將建風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)基地    常思哲

德國風(fēng)力發(fā)電“風(fēng)險(xiǎn)”引起關(guān)注    熊兆蓉

江特電機(jī)合營風(fēng)力發(fā)電機(jī)    本報(bào)記者 應(yīng)尤佳

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南京首個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)項(xiàng)目落戶溧水    記者 毛慶通訊員 趙敬翔

北海風(fēng)力發(fā)電機(jī)正式并網(wǎng)發(fā)電    本報(bào)記者 嚴(yán)丹

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基于有限元分析的雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及研究    曹江華

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便攜式小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)    臧俊霞

小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的仿真優(yōu)化模擬    宋冬輝

一種升阻復(fù)合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)    王一建

基于定子電流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件的故障監(jiān)測與診斷    任孝儒

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