大規(guī)模風(fēng)電爬坡風(fēng)機(jī)功率有限度控制研究.pdf

1、隨著大規(guī)模高集中度風(fēng)電并網(wǎng)，風(fēng)電的規(guī)模效益日益顯現(xiàn)，大量的風(fēng)電替代常規(guī)能源，降低了電網(wǎng)對常規(guī)化石能源的需求，使得電網(wǎng)向著綠色低碳電網(wǎng)的方向又邁進(jìn)了一步。但大規(guī)模高集中的風(fēng)電接入，也對電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)。潛在的風(fēng)電爬坡事件會(huì)造成電網(wǎng)供電不平衡，對電網(wǎng)造成較大沖擊，甚至造成停電事故，為應(yīng)對爬坡事件，常規(guī)機(jī)組的控制負(fù)擔(dān)增大。為降低常規(guī)機(jī)組應(yīng)對風(fēng)電爬坡事件的壓力，研究風(fēng)電爬坡的有限度控制策略變得日益迫切。
　　結(jié)合國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)

2、展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目《大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)基礎(chǔ)科學(xué)問題研究》的研究需求，在綜述了國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，本文從風(fēng)機(jī)爬坡功率有限度控制、高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過程的風(fēng)電有限度控制以及儲能對風(fēng)機(jī)出力特性的影響等方面開展研究，提高風(fēng)電的控制性能，改善風(fēng)電的輸出特性，尤其是風(fēng)電的爬坡特性，以降低風(fēng)電接入對電網(wǎng)的沖擊，提高風(fēng)電并網(wǎng)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(fēng)電爬坡事件發(fā)生的機(jī)理和風(fēng)電爬坡特性，以及風(fēng)機(jī)本

3、身的功率控制對爬坡特性的影響。在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)平滑控制的基礎(chǔ)上，提出一種風(fēng)機(jī)爬坡功率的有限度控制策略。該策略引入預(yù)測控制理論，通過預(yù)測—在線優(yōu)化—反饋控制三個(gè)模塊的配合，優(yōu)化風(fēng)機(jī)參考功率，使風(fēng)機(jī)有效跟蹤參考功率，保證風(fēng)機(jī)功率平穩(wěn)變化。在線優(yōu)化模塊建立了爬坡率和棄風(fēng)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(diào)控制方法。仿真結(jié)果表明，該控制策略實(shí)現(xiàn)了平滑風(fēng)機(jī)出力、增大風(fēng)機(jī)發(fā)電量以及改善轉(zhuǎn)速特性的目標(biāo)。
　　第二、詳細(xì)闡述了風(fēng)機(jī)高

4、風(fēng)速下的切機(jī)過程，以及其對風(fēng)電場出力特性的影響，提出了兩種基于預(yù)測的確定風(fēng)機(jī)切機(jī)窗口時(shí)間的方案;提出了高風(fēng)速下考慮風(fēng)機(jī)切機(jī)過程的風(fēng)機(jī)有限度控制策略，該控制策略通過風(fēng)機(jī)高風(fēng)速預(yù)警模塊、超短期預(yù)測模塊、切機(jī)窗口時(shí)間確定模塊以及降出力優(yōu)化模塊的協(xié)調(diào)配合，優(yōu)化風(fēng)機(jī)在高風(fēng)速下的切機(jī)過程。降出力優(yōu)化模塊以二次規(guī)劃算法為核心，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)爬坡率最小和棄風(fēng)量最小的優(yōu)化效果。仿真結(jié)果表明，相比降出力過程未經(jīng)優(yōu)化的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電場，降出力優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)構(gòu)成的風(fēng)電

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