雙饋風機慣量控制最優(yōu)退出時刻的研究.pdf

1、風能具有清潔、來源豐富和可再生等優(yōu)點，如今風力發(fā)電在全球范圍內發(fā)展十分迅速。風電機組一般通過電力電子裝置接入系統(tǒng)，輸出功率與系統(tǒng)頻率解耦，不能響應系統(tǒng)頻率變化，對外表現出的慣量為零。因此風電大規(guī)模并入電網導致系統(tǒng)慣量降低，使系統(tǒng)應對有功功率擾動的能力變差。
　　風機的慣量控制可以有效解決風機并網導致的慣量降低問題。擾動發(fā)生后，慣量控制通過模擬同步機的慣量，釋放風機存儲在轉子中的動能，使風機參與調頻。在動能釋放的過程中，轉子轉速持續(xù)

2、下降;為了保證風電機組的安全運行，風機必須在轉速下降至下限之前結束慣量控制，退出調頻，切換回正常運行狀態(tài)，將轉速恢復至穩(wěn)態(tài)值。風機退出調頻導致其輸出功率突然下降，繼擾動引起的頻率下降之后，給頻率帶來第二次跌落。
　　本文深入分析和研究了風機結束慣量控制引起的二次跌落問題，以方波式慣量控制為例，對風機調頻過程建模并對模型進行了簡化，研究了二次跌落與風機退出調頻時刻之間的關系，構建了最優(yōu)退出方程組，并對最優(yōu)退出時刻的求解進行了化簡，先

3、后推導了風機參與調頻時最優(yōu)退出時刻的精確數值解、最優(yōu)退出時刻的近似解析解以及固定退出時刻，其中固定退出時刻形式簡潔、計算簡單、物理意義清晰，適合在工程實際中應用。
　　文章首先分析了風機調頻及二次跌落問題的研究現狀，對現有方法進行了歸納和總結。然后介紹了風機的運行原理、慣量控制的原理和系統(tǒng)頻率響應模型，并分析了風機并網對系統(tǒng)慣量和頻率響應的影響。
　　在上述研究的基礎上，對風機調頻的過程進行建模，推導了風機采用方波式慣量控制

4、參與調頻時的頻率響應，然后以風機退出調頻引起的二次跌落最小為目標，通過對頻率響應的極小值求偏導的方法構造了最優(yōu)退出方程組，得到了最優(yōu)退出時刻。通過非線性方程組的數值解法對最優(yōu)退出方程組進行求解，得到最優(yōu)退出時刻的精確數值解。
　　通過數值解法雖然可以得到最優(yōu)退出時刻的準確值，但數值解經過多次迭代才能求得，不便于對最優(yōu)退出時刻的特性進行解析分析。為了得到最優(yōu)退出時刻的解析表達形式，論文對系統(tǒng)頻率響應和最優(yōu)退出方程組分別進行泰勒展開，

5、得到最優(yōu)退出方程組的近似線性方程組，進而求得最優(yōu)退出時刻的近似解析解。解析解有明確的表達式，可對最優(yōu)退出時刻的影響因素進行分析。分析表明，風機慣量控制的最優(yōu)退出時刻與系統(tǒng)參數、風速、風機輸出功率和擾動大小都相關。
　　為了簡化分析，文章進一步對風機調頻時的頻率表達式進行化簡，采用一種簡化模型對風機退出調頻的過程進行建模。從物理意義來看，簡化模型忽略了風機退出調頻時的功率與退出時間之間的耦合關系以及風機退出調頻后的轉速恢復過程，僅考

6、慮擾動發(fā)生時刻風機輸出功率的增加以及退出調頻時刻輸出功率的下降。將最優(yōu)退出方程組應用于簡化模型，得到簡化模型的最優(yōu)退出時刻。分析表明，簡化模型所對應的最優(yōu)退出時刻與風速、風機的輸出功率和擾動大小均無關，稱為固定退出時刻。
　　理論分析和仿真結果表明，風機在固定退出時刻和最優(yōu)退出時刻退出調頻時，所引起的二次跌落都比較小，二者產生的頻率響應差異也非常小。這樣，在風機以方波式慣量控制參與系統(tǒng)調頻時，可以找到一個僅與系統(tǒng)參數相關而與風機具