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風(fēng)電機(jī)組及場(chǎng)站慣量響應(yīng)與一次調(diào)頻調(diào)壓關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備

隨著新能源滲透率不斷增加，傳統(tǒng)發(fā)電份額不斷被擠占，導(dǎo)致系統(tǒng)慣量下降，熱備用容量減小，降低了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度。已知目前雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG）在最大功率點(diǎn)跟蹤控制下，發(fā)電機(jī)輸出功率難以響應(yīng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)，而超速減載控制和變槳距角控制雖然在一定程度上改善風(fēng)電機(jī)組整體性能和一次調(diào)頻特性，但存在預(yù)留一定備用容量而無(wú)法實(shí)現(xiàn)最大發(fā)電效益。目前儲(chǔ)能裝置已廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)，但大多為風(fēng)電場(chǎng)集中式儲(chǔ)能方案，其安全可靠性風(fēng)險(xiǎn)往往大于分布式模式，故如何提高單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的致穩(wěn)性和抗擾性，使其具備一次調(diào)節(jié)能力顯得尤為重要。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖1 圖2 實(shí)驗(yàn)裝置圖2 圖3 DFIG的儲(chǔ)能配置圖結(jié)合上述應(yīng)用背景，提出以下技術(shù)解決方案： 1、結(jié)合DFIG直流母線儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)，從增加控制自由度、平滑源端風(fēng)功率間歇性波動(dòng)以及抑制網(wǎng)側(cè)負(fù)荷擾動(dòng)三個(gè)維度入手，分別提出基于超級(jí)電容器控制的DFIG慣量支撐與一次調(diào)頻控制，基于變功率點(diǎn)跟蹤和超級(jí)電容器儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制的DFIG一次調(diào)頻策略和考慮源－荷功率隨機(jī)波動(dòng)的DFIG一次頻率平滑調(diào)節(jié)方法，上述控制可在增大發(fā)電效益的同時(shí)提升頻率調(diào)節(jié)效果。 2、量化DFIG的一次電壓調(diào)節(jié)能力，制定DFIG的動(dòng)態(tài)無(wú)功控制策略，設(shè)計(jì)DFIG與風(fēng)場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的綜合協(xié)調(diào)控制方案，從提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性出發(fā)，研究自抗擾控制技術(shù)等快速提升風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)無(wú)功響應(yīng)速度，最大限度地緩解電網(wǎng)電壓跌落，提高電網(wǎng)的電壓安全穩(wěn)定性。 3、結(jié)合功率密度、可充放電循環(huán)壽命以及經(jīng)濟(jì)性作為儲(chǔ)能介質(zhì)選擇的主要評(píng)測(cè)指標(biāo)，確定合適的單一或混合儲(chǔ)能介質(zhì)及變換裝置類型，根據(jù)頻率調(diào)節(jié)目標(biāo)計(jì)算儲(chǔ)能裝置的容量，進(jìn)一步研究混合儲(chǔ)能的容量?jī)?yōu)化方法，設(shè)計(jì)出一套高充放電效率、低成本的混合儲(chǔ)能裝置。 4、研究風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻和基于超級(jí)電容調(diào)頻、風(fēng)機(jī)分布式儲(chǔ)能和場(chǎng)站集中式儲(chǔ)能所組合成的四種儲(chǔ)能調(diào)頻方案的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)多復(fù)雜工況驗(yàn)證不同技術(shù)方案的調(diào)頻效果，結(jié)合儲(chǔ)能容量、使用壽命、經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)性能比較得出最優(yōu)方案。 5、研究大功率基于單一儲(chǔ)能或混合儲(chǔ)能控制的風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻樣機(jī)，完成風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)慣量支撐與一次調(diào)節(jié)方案的驗(yàn)證，對(duì)新型一次調(diào)頻控制技術(shù)和一次調(diào)壓控制方案進(jìn)行大功率樣機(jī)的試驗(yàn)驗(yàn)證，完成工程應(yīng)用的基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。創(chuàng)新點(diǎn) 1、針對(duì)風(fēng)電機(jī)組一次頻率調(diào)節(jié)，分別提出了基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能、變功率點(diǎn)跟蹤和超級(jí)電容儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制和考慮源荷功率頻率調(diào)節(jié)等方法，提高一次頻率調(diào)節(jié)能力，并優(yōu)化了儲(chǔ)能裝置的容量配置。 2、設(shè)計(jì)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)無(wú)功協(xié)調(diào)控制方案，提出了雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)最小限度降低機(jī)組出力下可提高無(wú)功極限最大值的最優(yōu)方法。 3、分別就風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻策略和基于超級(jí)電容器調(diào)頻策略、風(fēng)機(jī)分布式儲(chǔ)能和場(chǎng)站集中式儲(chǔ)能所組合成的四種儲(chǔ)能調(diào)頻方案的優(yōu)缺點(diǎn)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，最終得出采用風(fēng)機(jī)分布式儲(chǔ)能下的風(fēng)儲(chǔ)協(xié)調(diào)方案更加具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)前景通過(guò)本項(xiàng)目的研究，可形成新能源風(fēng)機(jī)技術(shù)在大電網(wǎng)中應(yīng)用效果驗(yàn)證方面的技術(shù)成果，有助于進(jìn)一步體現(xiàn)國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的示范引領(lǐng)作用，推動(dòng)新能源風(fēng)機(jī)儲(chǔ)能技術(shù)在大規(guī)模新能源接入地區(qū)的推廣應(yīng)用，為提升新能源發(fā)電高滲透率地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，促進(jìn)建立可再生能源并網(wǎng)的輔助服務(wù)機(jī)制提供重要依據(jù)和借鑒。應(yīng)用案例目前裝置依托“雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)慣量阻尼及一次調(diào)節(jié)方法的研究”項(xiàng)目，已開(kāi)發(fā)完成380V/10kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并預(yù)計(jì)展開(kāi)示范應(yīng)用。獲獎(jiǎng)情況 “基于超級(jí)電容儲(chǔ)能控制的雙饋風(fēng)電機(jī)組慣量與一次調(diào)頻策略”論文獲得《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》期刊2020年度優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)。

華北電力大學(xué) 2023-08-03

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