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高渗透率分布式风储系统参与电网频率调节的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.2 分布式发电特点与发展现状

1.2.1 分布式发电特点

1.2.2 分布式发电发展现状

1.3 风力发电国内外发展现状

1.3.1 风力发电国外发展现状

1.3.2 风力发电国内发展现状

1.4 风储系统参与电网频率调节研究现状

1.4.1 风电系统参与电网频率调节研究现状

1.4.2 储能参与电网频率调节研究现状

1.5 本文主要工作

第二章 分布式风储系统结构及数学模型

2.1 风储系统拓扑结构

2.2 永磁风力发电系统数学模型

2.2.1 风力机模型

2.2.2 永磁同步发电机数学模型

2.3 储能电池数学模型

2.4 底层控制器

2.4.1 储能逆变器功率控制策略

2.4.2 永磁风力发电系统机侧控制策略

2.4.3 永磁风力发电系统网侧控制策略

2.4.4 风电变桨控制

2.4.5 风电转子惯性控制

2.5 本章小结

第三章 分布式风储系统参与电网频率调节的分层控制策略

3.1 风储系统参与电网频率调节的原理

3.2 风储系统参与电网频率调节的分层控制结构

3.3 上层中心控制器

3.3.1 风储系统并网母线输出功率分时恒定算法

3.3.2 风储系统中储能的配置

3.3.3 风储系统运行状态转换策略

3.4 本章小结

第四章 分布式风储系统并网母线功率分时恒定仿真的建立与运行结果分析

4.1 仿真模型建模

4.1.1 仿真系统整体结构

4.1.2 各模块仿真模型

4.1.3 系统仿真参数及条件

4.2 仿真结果与分析

4.3 本章小结

第五章 分布式风储系统参与电网频率调节仿真系统的建立与运行结果分析

5.1 仿真模型建模

5.1.1 仿真系统整体结构

5.1.2 各模块仿真模型

5.1.3 系统仿真参数及条件

5.2 仿真结果与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢

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摘要

风力发电以其技术成熟、成本较低和绿色环保的优势成为新能源发电发展最快、最具竞争力的发电技术。风力发电有两种主要形式:风电场和分布式风电。分布式风电一般以单机或几个风机的形式连接于配电网。风电与储能相结合形成风储微电网增加了分布式风电的可控性,同时也增加了其为电网提供辅助服务的可能性。
  本文针对分布式风储系统连接在不同的配电网提出了以下几种可能辅助服务:连接于强配电网,提供联络线分时功率可控的功能。连接于弱配电网,在提供联络线分时功率可控的功能的同时,根据电网的需要,可提供与电网同时参与系统一次、二次频率调节的功能。该辅助功能增加了分布式风电的消纳能力,方便配电网对高渗透率分布式风电的管理,同时提高了弱电网运行的稳定性。
  通过对比风储系统可能的拓扑结构,确定了本文中风储系统的拓扑结构。该结构风电机组与储能系统之间的底层硬件控制完全相互解耦,实现方便,技术上较为成熟;减少一级能量变换,并且经济性更好,便于集中控制。同时,针对传统变速风力发电机组的有功-频率弱惯性,在风电转子侧功率控制器上设计并添加了频率环,大大增加了系统的惯性。
  基于分布式风储系统,提出一种分层协调控制策略,上层中心控制器实时检测风速、转子转速和电网频率,实现在不同状态下,系统运行模式切换和底层控制器的选择。在风电功率波动方面,利用储能辅助风电系统并网,使得风储系统输出功率平滑;在频率调节方面,综合考虑风速与储能配置,将风电的转子惯性控制、变桨控制和储能充放电功率控制相结合,共同参与高渗透率风电系统的频率调节。
  基于Matlab/Simulink仿真平台,设计并搭建了兆瓦级永磁风力发电系统模型、储能系统模型、电网模型及相关底层控制器模型,使用Stateflow工具箱制定了运行状态转换策略,实现了系统所有运行状态的正常运行和无缝连续切换。采用实测风速曲线,建立了风储参与电网频率调节仿真系统,仿真结果验证了所提策略的正确性与有效性。

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