风电机组自适应调频控制策略

作     者：卢贵义 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张峰;刘博

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：风电调频 功率响应 转矩极限 模糊控制 自适应控制策略 

摘      要：随着化石能源的逐渐枯竭以及环境问题的日益加重,新能源发电受到越来越多的关注,但是随着新能源装机容量地不断增加,电力系统的惯量水平不断降低,导致电力系统功率支撑能力减弱,因此需采取控制策略使风电机组进行有功支撑。一方面,当高比例新能源电力系统发生紧急降功率事件时,例如电力系统中联络线出现故障,导致系统中出现较大的有功缺额,风电机组必须根据自身的调频能力自适应整定有功出力,快速释放大量能量进行紧急功率响应。另一方面,当高比例新能源电力系统中出现功率扰动,固定系数的控制策略无法充分发挥风电机组的调频潜力,不能充分利用转子动能参与系统调频;此外,固定系数的控制策略可能导致风机过度参与电网调频,风机转速越限,不利于电力系统的频率安全。因此,需根据风电机组调频能力的动态变化,研究自适应的风机调频控制策略,在充分发挥风电机组调频能力的同时提高系统频率安全性。针对以上问题,本文以双馈风电机组为主要研究对象,对风电机组的自适应调频控制策略展开深入研究,具体研究内容如下:.针对高比例新能源电力系统紧急降功率事件时系统有功支撑能力不足的问题,本文提出了基于限转矩的风电机组自适应功率响应策略,该策略可使风电机组快速释放大量能量参与紧急功率响应。文中首先分析了风电机组的调频能力,其次对风电机组的运行特性及转矩极限功率进行了分析,根据转矩极限功率跟随转子转速变化自适应改变其大小的特点,进一步研究了风电机组基于限转矩的自适应频率响应,最后仿真验证了所提策略被触发后将输出功率增发到转矩极限功率,输出功率参考值大,可以有效应对电力系统紧急降功率事件。针对固定系数下垂控制无法根据系统实际运行状况释放转子动能进行功率支撑的问题,本文提出了基于模糊控制的自适应下垂控制策略。首先对模糊控制的基本原理以及模糊控制器的设计进行了分析,其次设计了以风速和频率偏差为输入,下垂控制调频系数为输出的模糊控制器,最后通过仿真验证了所提策略可以在风速增大、频率偏差增加的情况下,能够自适应增大调频系数,充分利用风电机组的转子动能进行惯量响应,有效改善了电力系统的频率响应效果。针对固定系数的控制策略可能导致风机转速和储能荷电状态越限的问题,本文提出了基于Butterworth函数的自适应调频系数控制策略。首先提出了以风电机组下垂控制和储能系统虚拟惯量控制的频率响应策略,其次对含风-储系统的电力系统进行了频率响应分析,进而提出了基于Butterworth函数的自适应调频系数控制策略,最后仿真验证了在风机转速和储能荷电状态较低时,本文所提策略可以通过减小调频因子进而减小调频系数,从而降低风-储系统的调频功率,有利于避免风机转速和储能荷电状态越限,提高风机和储能对自身的保护能力。