风电场调频控制策略的研究

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随着风力发电大规模的并网,电网频率的控制受到了一定的影响,对电力系统运营的安全性和平稳运行造成了严峻的挑战。因此,研究风力发电参与电网频率调节具有重要的意义,本文围绕风电场参与电网频率调节的控制策略,主要展开了以下4个方面的研究。(1)研究了直驱永磁同步风力发电机组(Directly-driven Wind Turbine With Permanent Magnet Synchronous Generator,D-PMSG)的数学模型、控制方法以及D-PMSG的最大风能跟踪控制(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的基本原理。(2)在分析了风电机组并网的基础上,提出了惯性控制策略,即将电网频率偏差Δf和频率变化率dΔf/dt添加到风电机组的有功功率控制环路中,当电网频率发生波动时,该控制策略可使风电机组快速提供有功支撑;在分析D-PMSGMPPT原理的基础上,提出了超速和变桨协调控制实现D-PMSG的减载运行的控制方法,为电网频率调节预留部分有功功率。对提出的控制策略进行了仿真,结果验证了该控制策略的有效性。(3)针对传统调频控制策略难以适应风速的变化,导致释放转子动能有限的问题,提出了基于机组运行状态的自适应惯性和下垂控制系数的调频控制策略,使得惯性和下垂控制系数可以随着风速和运行状态的变化而自适应改变。对提出的策略进行了仿真,并与固定系数的调频控制进行比较,结果表明所提出的自适应惯性和下垂控制系数的调频控制策略提高了风电机组调频控制性能。(4)针对风电场中机组均参与调频,导致不能充分发挥每个机组的频率调节能力的问题,提出了风电场一次调频协调控制策略,将风电场中的机组根据其运行状态分为不调频类、一般调频类和优先调频类,风电场根据机组的调频能力权重向优先调频类的机组分配有功指令,仿真结果表明所提控制策略充分发挥调节能力强的机组承担更多的有功支撑,快速有效的抑制电网频率的变化。
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