电网频率波动下双馈风电机组响应特性及控制方法研究

【摘要】：近年来,各国都加大了对新能源的开发和利用,风力发电技术在实际生产中得到了迅速发展及广泛应用。其中,以变速恒频双馈异步风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)机型发展最迅速。随着风电并网规模不断提高,常规发电机组所占比例逐步下降,系统频率的调节能力必然受到影响。因此风力发电机参与电力系统频率调节的研究逐步成为了近年热点。本文主要针对电网频率波动下DFIG响应特性及控制方法展开研究,建立DFIG参与电力系统频率调节的新方法。主要研究工作如下:本文在分析了课题的研究背景意义及国内外研究现状的基础上,首先分析了DFIG风力发电系统的结构及工作原理,研究了电网频率恒定时风力机和DFIG的数学模型及运行控制策略,运用受控电压源代替网侧与转子侧脉宽调制(Pulse Width Modulated,PWM)变换器;构建了最大风能追踪控制,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所建DFIG风电系统模型的正确性和最大风能追踪控制技术的有效性。其次,对电网频率波动时DFIG响应特性展开研究。第一步建立了普通异步电机稳态等效电路和动态模型,分别绘制了电网频率波动与响应特性的三维立体图及其动态仿真图,说明了普通异步电机对于电网频率波动的响应效果。第二步对电网频率波动下DFIG的响应特性进行动态仿真,深入分析了DFIG的频率响应特性。最后,对DFIG模型进行简化,构建了含DFIG的单区域电力系统自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)动态模型,改进了DFIG参与系统的频率调节方法,称为协调控制方法,分析了电力系统中各个控制器参数对于系统的频率影响。在不同风速以及不同风电渗透率下验证了协调控制方式的有效性。之后,构建了含DFIG的双区域电力系统AGC动态模型,在两区域不同风电渗透率下,通过系统突增负荷与突减负荷两种情况,对协调控制方法在两区域间调频进行了仿真分析,通过仿真验证了协调控制方法的可行性和有效性。 【关键词】：风力发电 双馈异步发电机 电网频率波动 频率调节 协调控制 风电渗透率
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 风力发电技术11-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 电网频率波动下DFIG响应特性研究现状13
• 1.3.2 DFIG调频控制方法研究现状13-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 电网频率恒定时DFIG的建模与控制18-34
• 2.1 双馈异步风力发电系统结构18-19
• 2.2 双馈异步风力发电系统建模19-21
• 2.2.1 风力机数学模型19-20
• 2.2.2 双馈异步风力发电机的数学模型20-21
• 2.3 DFIG系统运行控制21-28
• 2.3.1 网侧PWM变换器及其控制22-24
• 2.3.2 转子侧PWM变换器及其控制24-27
• 2.3.3 中间直流环节27-28
• 2.4 最大风能追踪控制原理28-29
• 2.5 DFIG仿真分析29-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 电网频率波动下DFIG响应特性分析34-48
• 3.1 电网频率波动的基本问题34
• 3.2 电网频率波动下普通异步电机响应特性分析34-41
• 3.2.1 电网频率波动下稳态电路仿真36-37
• 3.2.2 电网频率波动下动态仿真37-41
• 3.3 电网频率波动下DFIG响应特性动态仿真41-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 含DFIG的单区域电力系统调频控制48-70
• 4.1 单区域电力系统与DFIG模型简化48-52
• 4.1.1 电力系统AGC动态模型49-50
• 4.1.2 DFIG模型简化50-52
• 4.2 DFIG协调控制方法52-56
• 4.2.1 附加频率控制环节52-53
• 4.2.2 桨距角控制环节53-56
• 4.3 含DFIG的单区域动态调频模型56-58
• 4.4 调频控制环节参数分析58-60
• 4.4.1 汽轮发电机参数对系统调频影响58-60
• 4.4.2 附加频率控制环节参数对系统调频影响60
• 4.5 含DFIG的电力系统AGC动态仿真分析60-69
• 4.5.1 不同风速下DFIG调频动态仿真61-65
• 4.5.2 不同风电渗透率下常规机组及DFIG调频方法仿真65-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第5章 含DFIG的两区域电力系统调频控制70-89
• 5.1 两区域电力系统71
• 5.2 含DFIG的频率调整动态模型71-75
• 5.3 不同渗透率下DFIG调频仿真75-87
• 5.3.1 系统突增负荷时DFIG调频仿真76-82
• 5.3.2 系统突减负荷时DFIG调频仿真82-87
• 5.4 本章小结87-89
• 结论89-91
• 参考文献91-96
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果96-97
• 致谢97-98
• 作者简介98

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