本文選題：風(fēng)力發(fā)電 + 慣量控制��； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：風(fēng)能具有清潔、來源豐富和可再生等優(yōu)點(diǎn),如今風(fēng)力發(fā)電在全球范圍內(nèi)發(fā)展十分迅速。風(fēng)電機(jī)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(yīng)系統(tǒng)頻率變化,對外表現(xiàn)出的慣量為零。因此風(fēng)電大規(guī)模并入電網(wǎng)導(dǎo)致系統(tǒng)慣量降低,使系統(tǒng)應(yīng)對有功功率擾動的能力變差。風(fēng)機(jī)的慣量控制可以有效解決風(fēng)機(jī)并網(wǎng)導(dǎo)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(jī)的慣量,釋放風(fēng)機(jī)存儲在轉(zhuǎn)子中的動能,使風(fēng)機(jī)參與調(diào)頻。在動能釋放的過程中,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速持續(xù)下降;為了保證風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行,風(fēng)機(jī)必須在轉(zhuǎn)速下降至下限之前結(jié)束慣量控制,退出調(diào)頻,切換回正常運(yùn)行狀態(tài),將轉(zhuǎn)速恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)值。風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻導(dǎo)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(fēng)機(jī)結(jié)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(fēng)機(jī)調(diào)頻過程建模并對模型進(jìn)行了簡化,研究了二次跌落與風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻時刻之間的關(guān)系,構(gòu)建了最優(yōu)退出方程組,并對最優(yōu)退出時刻的求解進(jìn)行了化簡,先后推導(dǎo)了風(fēng)機(jī)參與調(diào)頻時最優(yōu)退出時刻的精確數(shù)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(jì)算簡單、物理意義清晰,適合在工程實(shí)際中應(yīng)用。文章首先分析了風(fēng)機(jī)調(diào)頻及二次跌落問題的研究現(xiàn)狀,對現(xiàn)有方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)。然后介紹了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行原理、慣量控制的原理和系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型,并分析了風(fēng)機(jī)并網(wǎng)對系統(tǒng)慣量和頻率響應(yīng)的影響。在上述研究的基礎(chǔ)上,對風(fēng)機(jī)調(diào)頻的過程進(jìn)行建模,推導(dǎo)了風(fēng)機(jī)采用方波式慣量控制參與調(diào)頻時的頻率響應(yīng),然后以風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻引起的二次跌落最小為目標(biāo),通過對頻率響應(yīng)的極小值求偏導(dǎo)的方法構(gòu)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(shù)值解法對最優(yōu)退出方程組進(jìn)行求解,得到最優(yōu)退出時刻的精確數(shù)值解。通過數(shù)值解法雖然可以得到最優(yōu)退出時刻的準(zhǔn)確值,但數(shù)值解經(jīng)過多次迭代才能求得,不便于對最優(yōu)退出時刻的特性進(jìn)行解析分析。為了得到最優(yōu)退出時刻的解析表達(dá)形式,論文對系統(tǒng)頻率響應(yīng)和最優(yōu)退出方程組分別進(jìn)行泰勒展開,得到最優(yōu)退出方程組的近似線性方程組,進(jìn)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(dá)式,可對最優(yōu)退出時刻的影響因素進(jìn)行分析。分析表明,風(fēng)機(jī)慣量控制的最優(yōu)退出時刻與系統(tǒng)參數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)輸出功率和擾動大小都相關(guān)。為了簡化分析,文章進(jìn)一步對風(fēng)機(jī)調(diào)頻時的頻率表達(dá)式進(jìn)行化簡,采用一種簡化模型對風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻的過程進(jìn)行建模。從物理意義來看,簡化模型忽略了風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻時的功率與退出時間之間的耦合關(guān)系以及風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻后的轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程,僅考慮擾動發(fā)生時刻風(fēng)機(jī)輸出功率的增加以及退出調(diào)頻時刻輸出功率的下降。將最優(yōu)退出方程組應(yīng)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(yīng)的最優(yōu)退出時刻與風(fēng)速、風(fēng)機(jī)的輸出功率和擾動大小均無關(guān),稱為固定退出時刻。理論分析和仿真結(jié)果表明,風(fēng)機(jī)在固定退出時刻和最優(yōu)退出時刻退出調(diào)頻時,所引起的二次跌落都比較小,二者產(chǎn)生的頻率響應(yīng)差異也非常小。這樣,在風(fēng)機(jī)以方波式慣量控制參與系統(tǒng)調(diào)頻時,可以找到一個僅與系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)而與風(fēng)機(jī)具體運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)的固定退出時刻,在這個固定退出時刻退出調(diào)頻時,可以最大程度地減小二次跌落,系統(tǒng)頻率響應(yīng)最好。從物理意義上講,一方面風(fēng)機(jī)在固定退出時刻退出調(diào)頻,可使初始擾動引起的頻率超調(diào)點(diǎn)與風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻引起的頻率極小值點(diǎn)相重合,最大程度地削弱二次跌落;另一方面,在固定退出時刻附近,同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率達(dá)到最大值,此時風(fēng)機(jī)退出慣量控制的功率跌落可以得到最大程度的補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)間接的協(xié)同調(diào)頻。
[Abstract]:In order to ensure the safe operation of wind turbine generator , this paper analyzes and studies the relationship between fan frequency modulation and frequency response of fan . In order to simplify the analysis , the paper further simplifies the frequency expression of fan frequency modulation , and uses a simplified model to model the fan exit frequency modulation .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

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本文編號：1913238