內(nèi)容簡介：
大規(guī)模風(fēng)電爬坡風(fēng)機(jī)功率有限度控制研究，碩士學(xué)位論文，共70頁。
摘要
隨著大規(guī)模高集中度風(fēng)電并網(wǎng),風(fēng)電的規(guī)模效益日益顯現(xiàn),大量的風(fēng)電替代常規(guī)能源,降低了電網(wǎng)對常規(guī)化石能源的需求,使得電網(wǎng)向著綠色低碳電網(wǎng)的方向又邁進(jìn)了一步。但大規(guī)模高集中的風(fēng)電接入,也對電網(wǎng)的正常運行帶來了風(fēng)險。
潛在的風(fēng)電爬坡事件會造成電網(wǎng)供電不平衡,對電網(wǎng)造成較大沖擊,甚至造成停電事故,為應(yīng)對爬坡事件,常規(guī)機(jī)組的控制負(fù)擔(dān)增大。為降低常規(guī)機(jī)組應(yīng)對風(fēng)電爬坡事件的壓力,研究風(fēng)電爬坡的有限度控制策略變得日益迫切。
結(jié)合國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目《大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問題研宄》的研宄需求,在綜述了國內(nèi)外相關(guān)研宄的基礎(chǔ)上,本文從風(fēng)機(jī)爬坡功率有限度控制、高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過程的風(fēng)電有限度控制以及儲能對風(fēng)機(jī)出力特性的影響等方面 展研究,提高風(fēng)電的控制性能,改善風(fēng)電的輸出特性,尤其是風(fēng)電的爬坡特性,以降低風(fēng)電接入對電網(wǎng)的沖擊,提高風(fēng)電并網(wǎng)的友
好性。開展的主要工作和取得的主要成果如下:
第一、分析了風(fēng)電爬坡事件發(fā)生的機(jī)理和風(fēng)電爬坡特性,以及風(fēng)機(jī)本身的功率控制對爬坡特性的影響。在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)平滑控制的基礎(chǔ)上,提出一種風(fēng)機(jī)爬坡功率的有限度控制策略。該策略引入預(yù)測控制理論,通過預(yù)測一在線優(yōu)化一反饋控制三個模塊的配合,優(yōu)化風(fēng)機(jī)參考功率,使風(fēng)機(jī)有效跟蹤參考功率,保證風(fēng)機(jī)功率平穩(wěn)變化。在線優(yōu)化模塊建立了爬坡率和棄風(fēng)量最小的優(yōu)化模型,反饋控制模塊制定了具體的變速變槳距協(xié)調(diào)控制方法。仿真結(jié)果表明,該控制策略實現(xiàn)了平滑風(fēng)機(jī)出力、增大風(fēng)機(jī)發(fā)電量以及改善轉(zhuǎn)速特性的目標(biāo)。
第二、詳細(xì)闡述了風(fēng)機(jī)高風(fēng)速下的切機(jī)過程,以及其對風(fēng)電場出力特性的影響,提出了兩種基于預(yù)測的確定風(fēng)機(jī)切機(jī)窗口時間的方案;提出了高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過程的風(fēng)機(jī)有限度控制策略,該控制策略通過風(fēng)機(jī)高風(fēng)速預(yù)警模塊、超短期預(yù)測模塊、切機(jī)窗口時間確定模塊以及降出力優(yōu)化模塊的協(xié)調(diào)配合,優(yōu)化風(fēng)機(jī)在高風(fēng)速下的切機(jī)過程。降出力優(yōu)化模塊以二次規(guī)劃算法為核心,實現(xiàn)風(fēng)機(jī)爬坡率最小和棄風(fēng)量最小的優(yōu)化效果。仿真結(jié)果表明,相比降出力過程未經(jīng)優(yōu)化的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場,降出力優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場,其爬坡率顯著降低。另外,大規(guī)模高風(fēng)險風(fēng)電爬坡事件主要發(fā)生在極端天氣條件下,此時風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的可能性大大提高,在優(yōu)化風(fēng)電場出力時,需要考慮風(fēng)機(jī)故障對最終出力的影響。提出了一種考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過程和故障率的風(fēng)電場有限度控制策略,通過合理考慮風(fēng)機(jī)的故障率,確定風(fēng)電場的出力邊界,從而提高風(fēng)電場出力參考指令的可執(zhí)行度。
第三、風(fēng)速的隨機(jī)波動導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的輸出功率隨之波動,為降低風(fēng)機(jī)出力的波動,提出了一種考慮電池儲能的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制策略。該控制策略在風(fēng)機(jī)直流側(cè)引入儲能裝置,既發(fā)揮電池儲能裝置的功率補償作用,又能發(fā)揮電池儲能的良好動態(tài)特性,在提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,改善風(fēng)機(jī)的輸出功率,提高風(fēng)機(jī)出力的可控性。
關(guān)鍵詞:風(fēng)電爬坡、爬坡功率、髙風(fēng)速、切機(jī)過程、有限度控制、儲能
第1章緒論
1.1研究背景與意義
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速穩(wěn)步發(fā)展,面臨的資源和環(huán)境壓力不斷加劇,對可持續(xù)發(fā)展的需求日益迫切[1-3]。風(fēng)電作為一種資源潛力大、清潔無污染、技術(shù)基本成熟的可再生能源,日益受到世界各國的重視,并己在全球大規(guī)模開發(fā)利用,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。我國風(fēng)能資源非常豐富,根據(jù)“建設(shè)大基地,融入大電網(wǎng)”的發(fā)展思路,我國正在規(guī)劃建設(shè)九大千萬千瓦級風(fēng)電基地,有序推進(jìn)甘肅酒泉、內(nèi)蒙古蒙東和蒙西、河北、吉林、黑龍江、山東、新疆哈密、江蘇等風(fēng)電基地的建設(shè)[44。2012年6月,我國風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量己達(dá)5258萬kW,已經(jīng)取代美國成為當(dāng)今世界頭號的風(fēng)電大國。截止到2013年12月底,全國風(fēng)電累計裝機(jī)容量己經(jīng)達(dá)到13425萬kW,其中并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量己達(dá)7758萬kW,正在建設(shè)的風(fēng)電裝機(jī)容量為5667萬kW,并網(wǎng)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量占已經(jīng)核準(zhǔn)的裝機(jī)容量的58%。2013年我國風(fēng)電上網(wǎng)電量高達(dá)1371億kWh,同比增長36%。根據(jù)我國風(fēng)電發(fā)展的中長期規(guī)劃《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》,2020年,風(fēng)電累計裝機(jī)將突破2億kW,風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中將具有較大的比重,占電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量的11%,風(fēng)電電量能夠滿足5%的電力需求;2030年和2050年將分別達(dá)到4億kW和10億kW,屆時將能夠分別滿足8%和17%左右的電力需求,風(fēng)電對常規(guī)化石能源的替代作用將更加凸顯。
我國風(fēng)電發(fā)展所采用的模式主要是集中接入的方式,這種方式帶來的好處是能夠合理配置電網(wǎng),減少電網(wǎng)的重復(fù)建設(shè),統(tǒng)一調(diào)度風(fēng)電,優(yōu)化資源配置,同時通過地理平滑效應(yīng),降低風(fēng)場或風(fēng)電場群的輸出波動,一定程度上降低風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和不確定性,并有利于集中通過風(fēng)火水打捆的形式集中送到東部負(fù)荷中心。但是這種風(fēng)電接入模式帶來的問題也很突出,風(fēng)電的集中接入,尤其是高集中度的接入方式需要電網(wǎng)足夠強壯,以應(yīng)對風(fēng)功率的波動對電網(wǎng)的沖擊,同時風(fēng)電的集中接入也帶來了潛在的爬坡風(fēng)險。
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