大力開發(fā)和利用以風(fēng)電為代表的新能源,是破解當(dāng)今時(shí)代能源環(huán)境問題的重要手段之一。然而,風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性為風(fēng)電的安全高效利用帶來挑戰(zhàn)。一方面,風(fēng)電出力的有限可控性不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;另一方面,棄風(fēng)和以抑制出力波動(dòng)為代表的電網(wǎng)友好性要求對(duì)風(fēng)電運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益造成負(fù)面影響。隨著風(fēng)電機(jī)組額定容量的增大,風(fēng)電機(jī)組大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性使得運(yùn)行效益與電網(wǎng)友好性的矛盾更加突出,系統(tǒng)控制難度更大。因此,針對(duì)不同風(fēng)況環(huán)境,研究大慣量風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的優(yōu)化問題,對(duì)于全面提高風(fēng)電機(jī)組控制性能,兼顧風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益和電網(wǎng)友好性,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。提出了大慣量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全風(fēng)況靈活控制框架,從風(fēng)速幅值和風(fēng)速波動(dòng)性兩個(gè)角度著手,設(shè)計(jì)和驗(yàn)證了相應(yīng)的優(yōu)化控制解決方案。在額定風(fēng)速以下區(qū)間有效兼顧風(fēng)能利用效率和功率波動(dòng)性的平衡;在額定風(fēng)速附近及以上區(qū)間,抑制輸出功率波動(dòng)性和機(jī)械載荷。論文的主要工作如下:1、基于通用的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,分析風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性,包括轉(zhuǎn)速特性以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與風(fēng)能利用效率、功率波動(dòng)性關(guān)系;引入Gap metric理論提出風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)非線性度量方法;基于系統(tǒng)特性分... 

【文章來源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１?－１國家電丨經(jīng)營范削內(nèi)介風(fēng)趨勢(shì)圖（單位：億千瓦時(shí)）??Ｆｉｇ．１－１?Ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｐｏｗｅｒ?ｃｕｒｔａｉｌｍｅｎｔ?ｍａｎａｇｅｄ?ｂｙ?ＳＧＣＣ??

隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的提高，風(fēng)輪葉片長(zhǎng)度不斷增大，因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣??隨之增加。這給風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，大??動(dòng)慣量具有更大的平抑功率波動(dòng)的潛力，但也會(huì)增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制難度，??而導(dǎo)致風(fēng)能捕獲效率的降低；另一方面，對(duì)于大慣量風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)能利用效??將引起更大的輸出功率波動(dòng)和更強(qiáng)的機(jī)械載荷。可見，大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量擴(kuò)大了風(fēng)??利用效率與輸出功率波動(dòng)性及機(jī)械載荷之間的矛盾。此外，在額定風(fēng)速附近??以上區(qū)間，大慣量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制難度亦會(huì)相應(yīng)增加。綜上，針對(duì)具備??轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性的大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，研究其在全風(fēng)況環(huán)境下的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)??優(yōu)化問題，對(duì)于全面提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制性能，兼顧風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)、環(huán)??效益和電網(wǎng)友好性，具有重要的理論意義和Ｉ：程應(yīng)用價(jià)值。??２風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述??風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械、電氣和控制設(shè)備的系統(tǒng)整合，??主要由氣動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等四類子系統(tǒng)構(gòu)成［２］，如??－

平北屯力大學(xué)博上學(xué)位論義??第五章在額定風(fēng)速以上區(qū)間，提出了基于半自由工況點(diǎn)的模型預(yù)測(cè)恒功率??控制。利用大慣量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性，將傳統(tǒng)ＭＰＣ控制器恒定穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)松弛為??半自由穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)集合，以平滑發(fā)電機(jī)出力和減小槳距角動(dòng)作。通過引入“近??細(xì)遠(yuǎn)疏”的分塊化策略，以減小控制自由度的代價(jià)降低在線優(yōu)化問題規(guī)模，提??高單次循環(huán)內(nèi)的求解速度。??第六章針對(duì)額定風(fēng)速附近的過渡區(qū)間，設(shè)計(jì)ｆ基于事件驅(qū)動(dòng)的無擾切換控??制策略。首先分析了傳統(tǒng)控制器切換過程的暫態(tài)特性，進(jìn)而提出了基于事件驅(qū)??動(dòng)的無擾切換控制策略，并論證了過渡過程的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。該控制策略??將切換控制過程分為風(fēng)速上穿越事件響應(yīng)和風(fēng)速下穿越事件響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了控制??系統(tǒng)在額定風(fēng)速以上和以下區(qū)間切換過程中的功率ｆ滑輸出。??

【參考文獻(xiàn)】：
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