【摘 要】
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随着能源变革的深入,绿色可再生能源的需求与装机容量日益上升,作为可再生能源的先头军风电并网量的提升给电力系统频率稳定方面带来了直接地冲击。由于风电机组内部存在逆变结构,其转子转速与系统频率相互解耦,其不具备类似于传统同步发电机的惯性响应能力,无法在系统出现功率变化时通过改变转子转速来延缓频率波动。同时由于风电组多采用最大功率跟踪运行(Max Power Point Tracking,MPPT),其
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随着能源变革的深入,绿色可再生能源的需求与装机容量日益上升,作为可再生能源的先头军风电并网量的提升给电力系统频率稳定方面带来了直接地冲击。由于风电机组内部存在逆变结构,其转子转速与系统频率相互解耦,其不具备类似于传统同步发电机的惯性响应能力,无法在系统出现功率变化时通过改变转子转速来延缓频率波动。同时由于风电组多采用最大功率跟踪运行(Max Power Point Tracking,MPPT),其不具备类似传统同步电机的功率热备用功能,无法在系统功率缺额时提供额外的功率支撑。这一系列特点决定了未进行频率稳定控制改进的风电并网势必将会提高电网整体的频率稳定调节难度,不利于电力系统稳定运行。因此研究并改进风电并网后频率稳定调节能力,对电力系统的稳定运行,以及日益凸显的新能源消纳问题具有十分重要的意义。本文就风电中占比最大的双馈型风力发电机组(Doubly-fed Induction Generator,DFIG)为研究对象。在机组控制层,根据DFIG的自身运行特点,对运行工况进行了整定,并依托三种工况分别制定了相应的减载控制措施,改进了变系数下垂控制,在现阶段常用的附加下垂控制基础上,将风速波动以及频率变化情况引入到变下垂控制系数取值中,有效改善了下垂特性。根据运行工况整定出了虚拟惯性控制的变系数取值策略,结合得到机组控制层面的综合频率稳定控制措施,针对转子动能控制法和减载备用法两大主流手段,在中低风速采用转子超速控制,使运行点后移来备用功率;在高风速段,通过引入改进后的桨距角控制系统来控制叶片功角以减小实时风功率捕获来备用功率;附加下垂控制以及虚拟惯性控制环节能使DFIG模拟出类似与同步机的惯性响应能力。在传统的桨距角控制控制基础上,改进了桨距角控制回路,将系统频率变化情况引入到了桨距角控制机构中,实现了备用功率与频率相挂钩,整合上述控制措施为一综合频率稳定控制策略。结合包含大规模风电接入基荷为水电的实际电网模型,仿真验证所提综合频率稳定控制策略的有效性;在风电场层,分析了不同渗透了的风电并网对系统频率稳定性的影响,研究并制定了场内机组有功分配以及调频参数协调分配控制措施,根据机位点输入风速的大小,将场内机组分为I类高风速机组以及II类中低风速机组,对这两类机组采取不同的出力分配系数以及不同的调差系数,使风电场中低风速机组在维持自身启动阶段运行稳定性的同时适当参与调频,高风速机组则全力投入调频。提高了以风电场为整体的频率调节能力和运行稳定性,同时有效减轻了同一区域内水电机组额调频压力。通过建立以I类机组为主,II类机组为辅的风电场模型,在实际区域电网模型中进行仿真分析。
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