双馈风电机组减载能力分析及一次调频协调控制研究

随着风电大规模的并网,电网频率稳定问题日益严峻。对于目前广泛采用的双馈异步风力发电机组,利用转子侧变流装置实现变速恒频,从而当系统频率发生变化时,其转子转速无法响应电网频率的变化,而且机组通常运行于最大功率跟踪模式下,使其无法提供额外的有功功率参与频率调节。目前,对风电机组一次调频的研究主要集中在功能实现方面,本文主要针对双馈风电机组一次调频能力方面展开研究。首先,分析了双馈风电机组的工作原理并建立其数学模型,包括风速模型、风力机模型、轴系系统模型、发电机模型及控制系统模型。在此基础上,研究了转子侧换流器定子磁链矢定量定向控制策略、网侧换流器电压矢量定向控制策略和桨距角控制策略。其次,介绍了电力系统频率调节的基本原理和一次调频的基本要求,给出了双馈风电机组参与系统一次调频的原理方案,并对转子动能控制和功率备用控制两种频率控制方法进行了分析和比较。然后,根据不同风速条件,制定了超速控制和桨距角控制结合的减载控制策略。低风速时,采用超速控制进行减载;中风速时,采用超速控制和桨距角控制结合的减载控制策略;高风速时,采用浆距角控进行减载。并建立双馈风电机组一次调频控制系统仿真模型,进行仿真分析。得出了减载控制可以在不同控制模式下都能为系统调频提供足够的备用容量。最后,在三种减载控制策略的基础上,结合发电机转子动能控制,实现双馈风电机组次调频协调控制策略,并与传统的组合控制策略进行了仿真对比。仿真结果表明,协调控制策略不仅使风电机够的备用容量,而且具有良好的频率响应特性。