大規(guī)模風電爬坡風機功率有限度控制研究.pdf

1、隨著大規(guī)模高集中度風電并網，風電的規(guī)模效益日益顯現(xiàn)，大量的風電替代常規(guī)能源，降低了電網對常規(guī)化石能源的需求，使得電網向著綠色低碳電網的方向又邁進了一步。但大規(guī)模高集中的風電接入，也對電網的正常運行帶來了風險。潛在的風電爬坡事件會造成電網供電不平衡，對電網造成較大沖擊，甚至造成停電事故，為應對爬坡事件，常規(guī)機組的控制負擔增大。為降低常規(guī)機組應對風電爬坡事件的壓力，研究風電爬坡的有限度控制策略變得日益迫切。
　　結合國家重點基礎研究發(fā)

2、展計劃（973計劃）項目《大規(guī)模風力發(fā)電并網基礎科學問題研究》的研究需求，在綜述了國內外相關研究的基礎上，本文從風機爬坡功率有限度控制、高風速下考慮風機切機過程的風電有限度控制以及儲能對風機出力特性的影響等方面開展研究，提高風電的控制性能，改善風電的輸出特性，尤其是風電的爬坡特性，以降低風電接入對電網的沖擊，提高風電并網的友好性。開展的主要工作和取得的主要成果如下:
　　第一、分析了風電爬坡事件發(fā)生的機理和風電爬坡特性，以及風機本

3、身的功率控制對爬坡特性的影響。在現(xiàn)有風機平滑控制的基礎上，提出一種風機爬坡功率的有限度控制策略。該策略引入預測控制理論，通過預測—在線優(yōu)化—反饋控制三個模塊的配合，優(yōu)化風機參考功率，使風機有效跟蹤參考功率，保證風機功率平穩(wěn)變化。在線優(yōu)化模塊建立了爬坡率和棄風量最小的優(yōu)化模型，反饋控制模塊制定了具體的變速變槳距協(xié)調控制方法。仿真結果表明，該控制策略實現(xiàn)了平滑風機出力、增大風機發(fā)電量以及改善轉速特性的目標。
　　第二、詳細闡述了風機高

4、風速下的切機過程，以及其對風電場出力特性的影響，提出了兩種基于預測的確定風機切機窗口時間的方案;提出了高風速下考慮風機切機過程的風機有限度控制策略，該控制策略通過風機高風速預警模塊、超短期預測模塊、切機窗口時間確定模塊以及降出力優(yōu)化模塊的協(xié)調配合，優(yōu)化風機在高風速下的切機過程。降出力優(yōu)化模塊以二次規(guī)劃算法為核心，實現(xiàn)風機爬坡率最小和棄風量最小的優(yōu)化效果。仿真結果表明，相比降出力過程未經優(yōu)化的風機構成的風電場，降出力優(yōu)化后的風機構成的風電

5、場，其爬坡率顯著降低。另外，大規(guī)模高風險風電爬坡事件主要發(fā)生在極端天氣條件下，此時風機發(fā)生故障的可能性大大提高，在優(yōu)化風電場出力時，需要考慮風機故障對最終出力的影響。提出了一種考慮風機切機過程和故障率的風電場有限度控制策略，通過合理考慮風機的故障率，確定風電場的出力邊界，從而提高風電場出力參考指令的可執(zhí)行度。
　　第三、風速的隨機波動導致風機的輸出功率隨之波動，為降低風機出力的波動，提出了一種考慮電池儲能的雙饋風力發(fā)電機控制策略。