本文關鍵詞：基于風電主動功率控制的風電場參與系統(tǒng)調頻問題研究

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【摘要】：在能源短缺與環(huán)境污染問題凸顯的情況下,資源豐沛、技術相對成熟的風電獲得了廣泛的開發(fā)利用。在風電發(fā)展初期,其間歇性、波動性對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行影響有限。然而,隨著風電滲透率的提高,系統(tǒng)面臨巨大的調頻調峰壓力。在這種情況下,單純依靠火電、水電等傳統(tǒng)機組承擔調頻調峰任務會給系統(tǒng)調度帶來困難。因此,在各國的電網標準中也逐步對風電參與系統(tǒng)調頻或有功功率控制提出了具體要求。相應地,制造技術的進步使得當前一些風機具備了功率控制特別是主動的有功功率控制能力。所謂主動有功功率控制是指一類使風機能夠根據當前天氣條件及系統(tǒng)運行工況主動調節(jié)有功輸出以向系統(tǒng)提供不同時間尺度備用容量的控制策略。風電采用主動的有功控制可有效降低系統(tǒng)備用容量提升系統(tǒng)運行的經濟效益。本文在現有風電參與系統(tǒng)調頻以及有功功率控制文獻的基礎上,主要進行了以下幾個方面的研究：1).簡單介紹了風電的發(fā)展概況,討論了風電參與系統(tǒng)調頻時涉及的一個包括“風機層”、“風場層”、“系統(tǒng)層”三個層面的組織框架,介紹了各個層面的職責及有待解決的問題。為進一步明確系統(tǒng)對風電參與系統(tǒng)調頻的具體需求,總結并比較了風電技術較為發(fā)達國家的并網標準。從比較中看出丹麥等北歐國家有關風電參與系統(tǒng)調頻的網絡標準較為嚴格,并且,要求風電參與系統(tǒng)調頻或進行主動功率控制是大勢所趨。2).風機層面,對風機參與系統(tǒng)調頻的“有功-頻率”控制策略進行了綜述,包括虛擬慣性、短時過載運行、降載運行、下垂控制、多種單一控制策略組成的綜合控制策略等,明晰了各種控制策略的優(yōu)缺點及適用范圍。針對具備長時間運行能力的降載運行控制策略,本文重點闡述了降載比的概念并對其具備的長時間備用能力進行了定性說明。3).風場層面,為確定風電場調頻容量與預測風速的對應關系,提出了一種計及多種風機控制策略的風電場調頻容量評估方法。該方法首先根據風場預測風速對風場內的風速分布進行建模,繼而根據風速概率分布結果對處于不同風速段的風機進行調頻容量估算：針對低風速下的風機,利用能量轉換原理計算其利用旋轉動能轉化手段所能提供的調頻容量；針對中風速下的風機,建立了風機運行點優(yōu)化模型,通過計算風機的降載程度來評估該風速段風機所能提供的調頻容量；針對高風速下的風機,通過比對其所能捕獲的氣動功率與變流器短時過載能力的相對大小關系來構建分段函數確定調頻容量。最后,采取概率加權求和的方法得到風電場總的調頻容量。4).系統(tǒng)層面,為評估風電有功控制對系統(tǒng)備用調度的經濟效益,提出一種考慮風電降載控制的“事前-實時“備用計劃雙層優(yōu)化模型：上層模型的目標為事前階段的系統(tǒng)運行計劃成本最�。幌聦幽繕藶閷崟r階段的計劃偏差最小,通過引入風電降載比耦合關聯(lián)上下層模型。進一步,文中引入KKT條件將雙層模型轉化成單層模型以求取最優(yōu)解。最后,采用改進的IEEE算例驗證所提出模型的有效性,結果表明風電滲透率較高的系統(tǒng)中,風電場有功降載運行能夠降低傳統(tǒng)機組的備用容量壓力,減少風場功率輸出波動,提高風電接入系統(tǒng)的整體經濟性。
【關鍵詞】：調頻 主動功率控制 降載運行 備用計劃 KKT條件 風電并網
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第1章 緒論15-26
• 1.1 論文研究背景15-16
• 1.2 風電調頻及并網研究意義16-19
• 1.2.1 風電發(fā)展現狀16-18
• 1.2.2 風電調頻及并網問題研究目的和意義18-19
• 1.3 風電調頻及并網問題研究現狀19-25
• 1.3.1 對系統(tǒng)調峰調頻的影響19
• 1.3.2 風電并網的經濟性考量19-20
• 1.3.3 風電提供輔助服務的潛力20
• 1.3.4 國內外研究現狀與發(fā)展20-25
• 1.4 本文的主要工作25-26
• 第2章 風機典型調頻控制策略26-33
• 2.1 風機不同調頻控制策略26-30
• 2.1.1 虛擬慣性控制26-27
• 2.1.2 短時過載27-28
• 2.1.3 降載運行28-29
• 2.1.4 下垂控制29
• 2.1.5 復合控制策略29-30
• 2.2 不同控制策略的比較30-31
• 2.3 降載運行的長時間備用能力31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第3章 計及多種風機控制策略的風電場調頻容量評估33-43
• 3.1 同一風場內風速分布性建模33-34
• 3.2 風速與風機調頻策略對應關系劃分及風速確定34-35
• 3.3 風電場調頻容量評估方法35-36
• 3.3.1 風電場調頻容量評估流程35-36
• 3.3.2 風電場調頻容量評估模型36
• 3.4 各風速分布區(qū)間內風機調頻容量評估36-39
• 3.4.1 低風速段-短時過載(旋轉動能釋放)36-37
• 3.4.2 中風速段-降載運行37-39
• 3.4.3 高風速段-短時過載(變流器過載)39
• 3.5 算例及結果分析39-42
• 3.5.1 算例介紹39-40
• 3.5.2 評估結果40-42
• 3.6 本章小結42-43
• 第4章 考慮風電有功主動控制的兩階段系統(tǒng)備用優(yōu)化43-59
• 4.1 優(yōu)化模型43-46
• 4.1.1 事前計劃階段43-45
• 4.1.2 實時控制階段45-46
• 4.2 雙層耦合模型及其迭代求解46
• 4.3 基于KKT條件的模型轉化46-50
• 4.3.1 一般雙層優(yōu)化問題及結論47
• 4.3.2 本文具體模型推導過程47-50
• 4.3.3 轉化后的單層模型求解方法50
• 4.4 算例仿真及結果分析50-58
• 4.4.1 算例1-改進的IEEE6機30節(jié)點系統(tǒng)50-56
• 4.4.2 算例2-改進的IEEE17機162節(jié)點系統(tǒng)56-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第5章 總結與展望59-61
• 5.1 總結59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻61-66
• 攻讀碩士學位期間學術成果66

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1 凡鵬飛;張粒子;謝國輝;;充裕性資源協(xié)同參與系統(tǒng)調節(jié)的風電消納能力分析模型[J];電網技術;2012年05期

2 薛迎成;邰能靈;劉立群;楊興武;金楠;熊寧;;雙饋風力發(fā)電機參與系統(tǒng)頻率調節(jié)新方法[J];高電壓技術;2009年11期

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