大規(guī)模風(fēng)電爬坡風(fēng)機(jī)功率有限度控制研究

【摘要】：隨著大規(guī)模高集中度風(fēng)電并網(wǎng),風(fēng)電的規(guī)模效益日益顯現(xiàn),大量的風(fēng)電替代常規(guī)能源,降低了電網(wǎng)對(duì)常規(guī)化石能源的需求,使得電網(wǎng)向著綠色低碳電網(wǎng)的方向又邁進(jìn)了一步。但大規(guī)模高集中的風(fēng)電接入,也對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。潛在的風(fēng)電爬坡事件會(huì)造成電網(wǎng)供電不平衡,對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊,甚至造成停電事故,為應(yīng)對(duì)爬坡事件,常規(guī)機(jī)組的控制負(fù)擔(dān)增大。為降低常規(guī)機(jī)組應(yīng)對(duì)風(fēng)電爬坡事件的壓力,研究風(fēng)電爬坡的有限度控制策略變得日益迫切。 結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目《大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究》的研究需求,在綜述了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,本文從風(fēng)機(jī)爬坡功率有限度控制、高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過(guò)程的風(fēng)電有限度控制以及儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)機(jī)出力特性的影響等方面開(kāi)展研究,提高風(fēng)電的控制性能,改善風(fēng)電的輸出特性,尤其是風(fēng)電的爬坡特性,以降低風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的沖擊,提高風(fēng)電并網(wǎng)的友好性。開(kāi)展的主要工作和取得的主要成果如下： 第一、分析了風(fēng)電爬坡事件發(fā)生的機(jī)理和風(fēng)電爬坡特性,以及風(fēng)機(jī)本身的功率控制對(duì)爬坡特性的影響。在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)平滑控制的基礎(chǔ)上,提出一種風(fēng)機(jī)爬坡功率的有限度控制策略。該策略引入預(yù)測(cè)控制理論,通過(guò)預(yù)測(cè)—在線優(yōu)化—反饋控制三個(gè)模塊的配合,優(yōu)化風(fēng)機(jī)參考功率,使風(fēng)機(jī)有效跟蹤參考功率,保證風(fēng)機(jī)功率平穩(wěn)變化。在線優(yōu)化模塊建立了爬坡率和棄風(fēng)量最小的優(yōu)化模型,反饋控制模塊制定了具體的變速變槳距協(xié)調(diào)控制方法。仿真結(jié)果表明,該控制策略實(shí)現(xiàn)了平滑風(fēng)機(jī)出力、增大風(fēng)機(jī)發(fā)電量以及改善轉(zhuǎn)速特性的目標(biāo)。 第二、詳細(xì)闡述了風(fēng)機(jī)高風(fēng)速下的切機(jī)過(guò)程,以及其對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力特性的影響,提出了兩種基于預(yù)測(cè)的確定風(fēng)機(jī)切機(jī)窗口時(shí)間的方案；提出了高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過(guò)程的風(fēng)機(jī)有限度控制策略,該控制策略通過(guò)風(fēng)機(jī)高風(fēng)速預(yù)警模塊、超短期預(yù)測(cè)模塊、切機(jī)窗口時(shí)間確定模塊以及降出力優(yōu)化模塊的協(xié)調(diào)配合,優(yōu)化風(fēng)機(jī)在高風(fēng)速下的切機(jī)過(guò)程。降出力優(yōu)化模塊以二次規(guī)劃算法為核心,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)爬坡率最小和棄風(fēng)量最小的優(yōu)化效果。仿真結(jié)果表明,相比降出力過(guò)程未經(jīng)優(yōu)化的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng),降出力優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng),其爬坡率顯著降低。另外,大規(guī)模高風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)電爬坡事件主要發(fā)生在極端天氣條件下,此時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的可能性大大提高,在優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)出力時(shí),需要考慮風(fēng)機(jī)故障對(duì)最終出力的影響。提出了一種考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過(guò)程和故障率的風(fēng)電場(chǎng)有限度控制策略,通過(guò)合理考慮風(fēng)機(jī)的故障率,確定風(fēng)電場(chǎng)的出力邊界,從而提高風(fēng)電場(chǎng)出力參考指令的可執(zhí)行度。 第三、風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的輸出功率隨之波動(dòng),為降低風(fēng)機(jī)出力的波動(dòng),提出了一種考慮電池儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制策略。該控制策略在風(fēng)機(jī)直流側(cè)引入儲(chǔ)能裝置,既發(fā)揮電池儲(chǔ)能裝置的功率補(bǔ)償作用,又能發(fā)揮電池儲(chǔ)能的良好動(dòng)態(tài)特性,在提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,改善風(fēng)機(jī)的輸出功率,提高風(fēng)機(jī)出力的可控性。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)電爬坡 爬坡功率 高風(fēng)速 切機(jī)過(guò)程 有限度控制 儲(chǔ)能
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 爬坡事件的定義13-14
• 1.2.2 爬坡事件的研究進(jìn)展14-18
• 1.2.3 風(fēng)電控制策略研究18-20
• 1.3 本文的主要工作20-22
• 第2章 風(fēng)機(jī)爬坡功率的有限度控制22-34
• 2.1 風(fēng)電爬坡特性分析23-26
• 2.1.1 爬坡定義23
• 2.1.2 爬坡特性分析23-26
• 2.2 風(fēng)機(jī)爬坡功率的有限度控制策略26-30
• 2.2.1 基本思路26-27
• 2.2.2 風(fēng)電功率預(yù)測(cè)27
• 2.2.3 出力在線優(yōu)化27-29
• 2.2.4 反饋控制29-30
• 2.3 仿真結(jié)果與分析30-33
• 2.3.1 風(fēng)速預(yù)測(cè)結(jié)果30-31
• 2.3.2 控制效果比較31-32
• 2.3.3 預(yù)測(cè)誤差的影響及高風(fēng)速下控制的適應(yīng)性32-33
• 2.4 小結(jié)33-34
• 第3章 高風(fēng)速風(fēng)電爬坡有限度控制34-48
• 3.1 高風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的切機(jī)過(guò)程34-36
• 3.2 考慮切機(jī)過(guò)程的風(fēng)機(jī)爬坡控制策略36-40
• 3.2.1 基本思路36
• 3.2.2 降出力優(yōu)化模型36-39
• 3.2.3 仿真分析39-40
• 3.3 考慮故障率的風(fēng)電場(chǎng)爬坡控制策略40-46
• 3.3.1 基本思路40-42
• 3.3.2 優(yōu)化模型42-44
• 3.3.3 仿真分析44-46
• 3.4 小結(jié)46-48
• 第4章 電池儲(chǔ)能對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力特性的改善48-62
• 4.1 風(fēng)機(jī)與儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀48-51
• 4.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類(lèi)型48-50
• 4.1.2 變頻器50-51
• 4.1.3 儲(chǔ)能的發(fā)展現(xiàn)狀51
• 4.2 DFIG的控制策略51-55
• 4.2.1 轉(zhuǎn)子變頻器控制模型52-54
• 4.2.2 網(wǎng)側(cè)變流器控制模型54-55
• 4.3 儲(chǔ)能接入控制策略55-57
• 4.4 仿真算例57-60
• 4.4.1 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行57-59
• 4.4.2 單相接地短路59-60
• 4.5 小結(jié)60-62
• 第5章 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69-70
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表70

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