储能在改善风电并网稳定性方面的研究

【摘要】：目前,随着大规模风电机组的并网运行,风电并网的安全稳定问题日益突出,我国许多地区发生过大规模风电机组集体脱网事故,对电网的安全稳定运行产生较大的不良影响,迫切的需要展开相关的理论研究和实际系统的仿真分析工作,以使风电能够更友好的接入电网。本文针对风电并网的电压穿越问题和频率稳定性问题展开深入研究,应用储能系统,提出改善风电并网性能的相应的控制策略,为风电能够更好的接入电网提供了理论和实用参考的价值。 本课题的研究主要包含以下三个方面： (1)首先对风电机组的建模和控制策略进行研究,采用矢量控制策略,实现了风电机组的最大功率跟踪,有功、无功功率的解耦控制等控制目标。具有较高的经济性和实用性。 (2)其次,在对双馈感应风力发电机建模的基础上,提出了一种基于超级电容器储能的动态电压调节器实现电压穿越的协调控制策略。在电网电压故障时,基于超级电容器的动态电压调节器对双馈风电机组机端电压进行完全补偿,使得双馈风电机组电压始终维持在正常水平；并通过双馈风电机组和基于超级电容器的动态电压调节器的协调控制,减少双馈风电机组在故障期间输出的有功功率,从而减少了故障期间所需动态电压调节器的功率和容量。实现了对称和不对称情况下的零电压穿越、低电压穿越和高电压穿越,具有重要的理论分析和工程实践意义。 (3)最后,针对大规模风电接入系统所的频率动态稳定性问题,提出利用储能系统和风电机组以及常规同步发电机组的协调配合策略,一方面可以抑制由于负荷波动带来的频率降低／增加的程度,另一方面可以辅助风力发电机组快速的恢复到初始最大功率运行状态,可以更加快速的参与系统的下次频率调整。 【关键词】：风力发电 双馈发电机 电压穿越 一次调频 储能系统 能量管理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景10-11
• 1.1.1 国外风电发展现状10-11
• 1.1.2 我国风电发展现状11
• 1.2 风力发电技术研究现状11-14
• 1.2.1 恒速恒频风力发电技术12
• 1.2.2 变速恒频风力发电技术12-14
• 1.3 风电并网运行的要求及控制策略14-19
• 1.3.1 风电并网运行要求14-15
• 1.3.2 风电并网运行控制策略15-19
• 1.4 储能系统在风电并网中的应用状况及前景19-20
• 1.4.1 储能技术目前在风电并网中的应用情况19
• 1.4.2 储能技术在风电并网中的应用前景分析19-20
• 1.5 本文结构及研究内容20-21
• 第2章 电网电压理想条件下DFIG风力发电机组的建模与控制21-39
• 2.1 引言21-22
• 2.2 风力机及传动机构的数学模型22-23
• 2.3 双馈异步发电机的数学模型23-29
• 2.3.1 静止坐标系下DFIG的数学模型23-26
• 2.3.2 坐标变换26-28
• 2.3.3 任意速旋转坐标系下双馈电机的数学模型28-29
• 2.4 网侧变流器的数学模型29-32
• 2.5 DFIG风电机组的矢量控制策略32-38
• 2.5.1 桨距角控制32
• 2.5.2 GSC控制32-34
• 2.5.3 RSC控制34-35
• 2.5.4 仿真研究35-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 基于储能型动态电压调节器的双馈风电机组电压穿越协调控制39-55
• 3.1 引言39-40
• 3.2 DFIG风电机组的控制策略40-41
• 3.2.1 桨距角控制40
• 3.2.2 RSC控制40
• 3.2.3 GSC控制40-41
• 3.3 基于超级电容器储能的动态电压调节器的控制策略41-43
• 3.3.1 机端电压补偿控制策略41-42
• 3.3.2 直流电压侧的控制策略42-43
• 3.3.3 SC的能量管理策略43
• 3.4 基于储能型动态电压调节器的双馈风电机组的协调控制方式43-49
• 3.4.1 基于SC-DVR和DFIG的协调控制策略43-46
• 3.4.2 SC-DVR的功率和容量的设计46-49
• 3.5 仿真分析49-53
• 3.5.1 零电压穿越49-51
• 3.5.2 低电压穿越51
• 3.5.3 高电压穿越51-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 储能改善风电场参与系统调频的协调控制策略研究55-70
• 4.1 风电穿透功率对系统频率稳定性的影响55
• 4.2 风电机组出力限制55-60
• 4.2.1 风力机本身的出力限制55-58
• 4.2.2 变频器的容量限制58-60
• 4.3 协调控制策略60-64
• 4.3.1 下垂控制和惯性控制60-61
• 4.3.2 比例协调控制61
• 4.3.3 转速加速恢复与缓冲控制策略61-62
• 4.3.4 风电机组和储能系统的能量管理策略62-63
• 4.3.5 反馈补偿协调控制策略63
• 4.3.6 与常规同步发电机组的协调控制策略63-64
• 4.4 仿真分析64-68
• 4.4.1 算例1.比例协调控制策略65-66
• 4.4.2 算例2.转速加速恢复与缓冲控制策略66-67
• 4.4.3 算例3.同常规发电机组的协调控制策略67-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第5章 总结与展望70-72
• 参考文献72-77
• 作者简历77

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