基于風(fēng)電主動(dòng)功率控制的風(fēng)電場(chǎng)參與系統(tǒng)調(diào)頻問題研究

【摘要】：在能源短缺與環(huán)境污染問題凸顯的情況下,資源豐沛、技術(shù)相對(duì)成熟的風(fēng)電獲得了廣泛的開發(fā)利用。在風(fēng)電發(fā)展初期,其間歇性、波動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響有限。然而,隨著風(fēng)電滲透率的提高,系統(tǒng)面臨巨大的調(diào)頻調(diào)峰壓力。在這種情況下,單純依靠火電、水電等傳統(tǒng)機(jī)組承擔(dān)調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)會(huì)給系統(tǒng)調(diào)度帶來困難。因此,在各國(guó)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中也逐步對(duì)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻或有功功率控制提出了具體要求。相應(yīng)地,制造技術(shù)的進(jìn)步使得當(dāng)前一些風(fēng)機(jī)具備了功率控制特別是主動(dòng)的有功功率控制能力。所謂主動(dòng)有功功率控制是指一類使風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)當(dāng)前天氣條件及系統(tǒng)運(yùn)行工況主動(dòng)調(diào)節(jié)有功輸出以向系統(tǒng)提供不同時(shí)間尺度備用容量的控制策略。風(fēng)電采用主動(dòng)的有功控制可有效降低系統(tǒng)備用容量提升系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。本文在現(xiàn)有風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻以及有功功率控制文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：1).簡(jiǎn)單介紹了風(fēng)電的發(fā)展概況,討論了風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)涉及的一個(gè)包括“風(fēng)機(jī)層”、“風(fēng)場(chǎng)層”、“系統(tǒng)層”三個(gè)層面的組織框架,介紹了各個(gè)層面的職責(zé)及有待解決的問題。為進(jìn)一步明確系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的具體需求,總結(jié)并比較了風(fēng)電技術(shù)較為發(fā)達(dá)國(guó)家的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。從比較中看出丹麥等北歐國(guó)家有關(guān)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格,并且,要求風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻或進(jìn)行主動(dòng)功率控制是大勢(shì)所趨。2).風(fēng)機(jī)層面,對(duì)風(fēng)機(jī)參與系統(tǒng)調(diào)頻的“有功-頻率”控制策略進(jìn)行了綜述,包括虛擬慣性、短時(shí)過載運(yùn)行、降載運(yùn)行、下垂控制、多種單一控制策略組成的綜合控制策略等,明晰了各種控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。針對(duì)具備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行能力的降載運(yùn)行控制策略,本文重點(diǎn)闡述了降載比的概念并對(duì)其具備的長(zhǎng)時(shí)間備用能力進(jìn)行了定性說明。3).風(fēng)場(chǎng)層面,為確定風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量與預(yù)測(cè)風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系,提出了一種計(jì)及多種風(fēng)機(jī)控制策略的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量評(píng)估方法。該方法首先根據(jù)風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)風(fēng)速對(duì)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)速分布進(jìn)行建模,繼而根據(jù)風(fēng)速概率分布結(jié)果對(duì)處于不同風(fēng)速段的風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)頻容量估算：針對(duì)低風(fēng)速下的風(fēng)機(jī),利用能量轉(zhuǎn)換原理計(jì)算其利用旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化手段所能提供的調(diào)頻容量；針對(duì)中風(fēng)速下的風(fēng)機(jī),建立了風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)優(yōu)化模型,通過計(jì)算風(fēng)機(jī)的降載程度來評(píng)估該風(fēng)速段風(fēng)機(jī)所能提供的調(diào)頻容量；針對(duì)高風(fēng)速下的風(fēng)機(jī),通過比對(duì)其所能捕獲的氣動(dòng)功率與變流器短時(shí)過載能力的相對(duì)大小關(guān)系來構(gòu)建分段函數(shù)確定調(diào)頻容量。最后,采取概率加權(quán)求和的方法得到風(fēng)電場(chǎng)總的調(diào)頻容量。4).系統(tǒng)層面,為評(píng)估風(fēng)電有功控制對(duì)系統(tǒng)備用調(diào)度的經(jīng)濟(jì)效益,提出一種考慮風(fēng)電降載控制的“事前-實(shí)時(shí)“備用計(jì)劃雙層優(yōu)化模型：上層模型的目標(biāo)為事前階段的系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃成本最?。幌聦幽繕?biāo)為實(shí)時(shí)階段的計(jì)劃偏差最小,通過引入風(fēng)電降載比耦合關(guān)聯(lián)上下層模型。進(jìn)一步,文中引入KKT條件將雙層模型轉(zhuǎn)化成單層模型以求取最優(yōu)解。最后,采用改進(jìn)的IEEE算例驗(yàn)證所提出模型的有效性,結(jié)果表明風(fēng)電滲透率較高的系統(tǒng)中,風(fēng)電場(chǎng)有功降載運(yùn)行能夠降低傳統(tǒng)機(jī)組的備用容量壓力,減少風(fēng)場(chǎng)功率輸出波動(dòng),提高風(fēng)電接入系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性。 【關(guān)鍵詞】：調(diào)頻 主動(dòng)功率控制 降載運(yùn)行 備用計(jì)劃 KKT條件 風(fēng)電并網(wǎng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第1章 緒論15-26
• 1.1 論文研究背景15-16
• 1.2 風(fēng)電調(diào)頻及并網(wǎng)研究意義16-19
• 1.2.1 風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 風(fēng)電調(diào)頻及并網(wǎng)問題研究目的和意義18-19
• 1.3 風(fēng)電調(diào)頻及并網(wǎng)問題研究現(xiàn)狀19-25
• 1.3.1 對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的影響19
• 1.3.2 風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性考量19-20
• 1.3.3 風(fēng)電提供輔助服務(wù)的潛力20
• 1.3.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展20-25
• 1.4 本文的主要工作25-26
• 第2章 風(fēng)機(jī)典型調(diào)頻控制策略26-33
• 2.1 風(fēng)機(jī)不同調(diào)頻控制策略26-30
• 2.1.1 虛擬慣性控制26-27
• 2.1.2 短時(shí)過載27-28
• 2.1.3 降載運(yùn)行28-29
• 2.1.4 下垂控制29
• 2.1.5 復(fù)合控制策略29-30
• 2.2 不同控制策略的比較30-31
• 2.3 降載運(yùn)行的長(zhǎng)時(shí)間備用能力31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 計(jì)及多種風(fēng)機(jī)控制策略的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量評(píng)估33-43
• 3.1 同一風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)速分布性建模33-34
• 3.2 風(fēng)速與風(fēng)機(jī)調(diào)頻策略對(duì)應(yīng)關(guān)系劃分及風(fēng)速確定34-35
• 3.3 風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量評(píng)估方法35-36
• 3.3.1 風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量評(píng)估流程35-36
• 3.3.2 風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻容量評(píng)估模型36
• 3.4 各風(fēng)速分布區(qū)間內(nèi)風(fēng)機(jī)調(diào)頻容量評(píng)估36-39
• 3.4.1 低風(fēng)速段-短時(shí)過載(旋轉(zhuǎn)動(dòng)能釋放)36-37
• 3.4.2 中風(fēng)速段-降載運(yùn)行37-39
• 3.4.3 高風(fēng)速段-短時(shí)過載(變流器過載)39
• 3.5 算例及結(jié)果分析39-42
• 3.5.1 算例介紹39-40
• 3.5.2 評(píng)估結(jié)果40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 考慮風(fēng)電有功主動(dòng)控制的兩階段系統(tǒng)備用優(yōu)化43-59
• 4.1 優(yōu)化模型43-46
• 4.1.1 事前計(jì)劃階段43-45
• 4.1.2 實(shí)時(shí)控制階段45-46
• 4.2 雙層耦合模型及其迭代求解46
• 4.3 基于KKT條件的模型轉(zhuǎn)化46-50
• 4.3.1 一般雙層優(yōu)化問題及結(jié)論47
• 4.3.2 本文具體模型推導(dǎo)過程47-50
• 4.3.3 轉(zhuǎn)化后的單層模型求解方法50
• 4.4 算例仿真及結(jié)果分析50-58
• 4.4.1 算例1-改進(jìn)的IEEE6機(jī)30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)50-56
• 4.4.2 算例2-改進(jìn)的IEEE17機(jī)162節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 總結(jié)59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果66

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