含高滲透率風電的電力系統(tǒng)頻率控制

【摘要】：在含高滲透率風電的電力系統(tǒng)中,風電的功率波動性和有功-頻率弱慣性將對系統(tǒng)的頻率控制帶來挑戰(zhàn)。本文將針對這兩個問題,從風機、風電場、儲能以及電力系統(tǒng)等多個層面展開研究,尋求改善含高滲透率風電的電力系統(tǒng)頻率控制的方法。 在風電的功率波動性方面：首先,基于系統(tǒng)級的頻率仿真以及運行充裕性分析,分別研究風電在分鐘到數(shù)分鐘級以及數(shù)分鐘到30分鐘級兩個時間尺度上的功率波動對系統(tǒng)頻率控制和運行充裕性的影響,并提出適用于不同系統(tǒng)的的風電場兩個時間尺度的波動平抑指標的制定方法,為風電與儲能示范工程的規(guī)劃和運行提供支持；然后,依托國家863課題“多類型儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)及示范”,提出了一種應(yīng)用于平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法,實現(xiàn)了示范工程項目提出的兩個時間尺度的風電功率波動平抑指標,并減小了儲能系統(tǒng)容量和功率的需求,波動平抑控制方法的效果在基于MATLAB\Simulink的時域仿真系統(tǒng)中進行了驗證。 在風電的有功-頻率弱慣性方面：首先,提出了一種風速自適應(yīng)的變速風力發(fā)電機短時支持系統(tǒng)頻率的控制方法,使風機在不同的風速區(qū)間下以及變化的風速下能為系統(tǒng)提供短時且穩(wěn)定的頻率支持；然后通過對變速風力發(fā)電機的頻率支持能力以及由頻率支持產(chǎn)生的能量成本進行分析,提出了由變速風力發(fā)電機組成的風電場短時支持系統(tǒng)頻率的優(yōu)化控制方法,在風電場內(nèi)對頻率支持功率進行優(yōu)化分配,降低整個風電場的頻率支持能量成本并改善整個系統(tǒng)的頻率控制效果,整個控制方法的控制效果在基于MATLAB\Simulink的IEEE Reliability Test System (IEEE RTS)仿真系統(tǒng)中進行了驗證并與其他方法進行了對比。 【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目次8-12
• 第一章 緒論12-31
• 1.1 論文的研究背景12-15
• 1.1.1 風電有功功率波動性與系統(tǒng)頻率控制12-14
• 1.1.2 風電有功-頻率弱慣性與系統(tǒng)頻率控制14-15
• 1.1.3 小結(jié)15
• 1.2 應(yīng)用于平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)研究綜述15-23
• 1.2.1 應(yīng)用于平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)示范工程16-17
• 1.2.2 儲能類型的選取17-18
• 1.2.3 儲能系統(tǒng)的功率和容量配置18-19
• 1.2.4 波動平抑控制方法19-21
• 1.2.5 儲能系統(tǒng)的能量管理21-23
• 1.2.6 小結(jié)23
• 1.3 風電參與系統(tǒng)頻率控制的研究綜述23-29
• 1.3.1 風力發(fā)電機參與頻率控制23-27
• 1.3.2 風電場層的協(xié)調(diào)控制27-28
• 1.3.3 電力系統(tǒng)層的協(xié)調(diào)控制28-29
• 1.3.4 小結(jié)29
• 1.4 論文的研究內(nèi)容29-31
• 1.4.1 論文研究方向與思路29-30
• 1.4.2 論文主要工作與章節(jié)安排30-31
• 第二章 風電場短時功率波動平抑指標的制定31-61
• 2.1 概述31
• 2.2 含風電的電力運行控制與頻率仿真31-40
• 2.2.1 電力系統(tǒng)的頻率控制31-34
• 2.2.2 含風電的電力系統(tǒng)運行控制與頻率仿真34-39
• 2.2.3 IEEE RTS測試系統(tǒng)39-40
• 2.3 基于頻率仿真的風電場分鐘級功率波動平抑指標的制定40-52
• 2.3.1 風電功率波動以及平抑指標的定義40-41
• 2.3.2 風電分鐘級功率波動對電力系統(tǒng)頻率控制的影響41-45
• 2.3.3 基于頻率仿真的風電場功率短時波動平抑指標的制定45-52
• 2.4 基于運行充裕性評估的風電場短時功率波動平抑指標的制定52-60
• 2.4.1 電力系統(tǒng)運行充裕性評估52-54
• 2.4.2 風電短時功率波動對系統(tǒng)運行充裕性的影響54-55
• 2.4.3 基于運行充裕性評估的風電場短時功率波動平抑指標的制定55-60
• 2.5 本章小結(jié)60-61
• 第三章 應(yīng)用于平抑風電功率波動的儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制61-83
• 3.1 概述61
• 3.2 濾波時間常數(shù)實時優(yōu)化模型61-66
• 3.2.1 一階低通濾波的離散模型61-62
• 3.2.2 濾波時間常數(shù)的選取與平抑效果62-64
• 3.2.3 濾波時間常數(shù)實時優(yōu)化模型64-66
• 3.3 基于濾波時間常數(shù)實時優(yōu)化的波動平抑控制66-73
• 3.3.1 基于粒子群優(yōu)化算法的濾波時間常數(shù)優(yōu)化算法67-69
• 3.3.2 儲能能量狀態(tài)反饋控制69-70
• 3.3.3 兩個時間尺度的指標協(xié)調(diào)策略70-73
• 3.4 算例仿真與分析73-82
• 3.4.1 風電與儲能系統(tǒng)概況73-75
• 3.4.2 儲能系統(tǒng)的容量和功率配置75-78
• 3.4.3 風電功率波動平抑控制仿真驗證78-82
• 3.5 本章小結(jié)82-83
• 第四章 風速自適應(yīng)的風力發(fā)電短時頻率支持控制83-104
• 4.1 概述83-84
• 4.2 風力發(fā)電機短時頻率支持控制方法84-89
• 4.2.1 變速風力發(fā)電機的基本控制84-86
• 4.2.2 風速自適應(yīng)的風力發(fā)電機短時頻率支持控制86-89
• 4.3 短時頻率支持控制的風速適應(yīng)性分析89-99
• 4.3.1 在不同風速區(qū)間的控制有效性89-93
• 4.3.2 在風速變化情況下的控制有效性93-97
• 4.3.3 在不同風速測量周期下的控制有效性97-99
• 4.4 算例仿真與分析99-102
• 4.4.1 系統(tǒng)頻率控制效果100-101
• 4.4.2 風電場頻率支持控制效果101-102
• 4.5 本章小結(jié)102-104
• 第五章 風電場短時頻率支持控制的功率優(yōu)化分配104-127
• 5.1 概述104
• 5.2 風力發(fā)電機短時頻率支持的能力與成本分析104-111
• 5.2.1 風力發(fā)電機短時頻率支持的能力104-109
• 5.2.2 風力發(fā)電機短時頻率支持的能量成本109-111
• 5.3 風電場短時頻率支持控制的功率優(yōu)化分配111-115
• 5.3.1 風電場短時支持功率優(yōu)化分配模型111-112
• 5.3.2 風電場短時支持功率優(yōu)化分配策略112-113
• 5.3.3 風電場短時頻率支持的能力評估113-114
• 5.3.4 風電場短時頻率支持控制114-115
• 5.4 算例分析與仿真115-125
• 5.4.1 與減載運行控制方法的對比116-119
• 5.4.2 不同大小支持功率的效果對比119-121
• 5.4.3 風電場頻率支持功率優(yōu)化分配的效果121-124
• 5.4.4 風速變化對控制效果的影響124-125
• 5.5 本章小結(jié)125-127
• 第六章 結(jié)論127-130
• 6.1 本文研究工作總結(jié)127-128
• 6.2 未來研究展望128-130
• 參考文獻130-135
• 作者簡歷及在學期間所取得的科研成果135-136

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