基于VSG的风电接入电网的频率稳定性控制策略研究

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全球的可再生能源分布广泛,以风力发电为代表的新能源已经在全球实现了大量的应用,为电力系统带来大量清洁能源的同时也对系统的频率稳定性提出了一系列的挑战。在实际的风电场应用中双馈风机方便控制,所以作为主要机型参与发电。双馈风机转子侧变流器的传统控制方法为矢量控制,该控制方法基于锁相环检测,在电网出现频率变化时不能提供功率支撑,削弱了系统的频率稳定性,降低了系统的调频能力,影响了系统的动态特性。为了解决以上问题,本文将双馈风机转子侧变流器与微电网中的并网逆变器对比。通过分析虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)和双馈风机的工作原理,将VSG技术应用到双馈风机的转子侧变流器中,将其分为励磁电压相位和幅值控制,替换双馈风机转子侧变流器中的矢量控制,使其在惯性响应和阻尼特性上能够变现地更好,在外特性上与同步发电机类比。然后对控制器中的参数摄动进行研究,根据双馈风机的动态特性选择合适的参数,最终在matlab/simulink上建立了虚拟同步化的双馈风机(DFIG-VSG)模型与DFIG-VC对比,在两机系统中进行了仿真验证。为了保持电网频率的稳定性,为DFIG-VSG设计了一种调频控制策略。本文利用桨距角对风力机的直接调节作用,通过桨距角控制风力机输出机械功率的大小,进而改变双馈风机输出电磁功率的大小。对于具体的控制器设计,在桨距角控制器的设计中,一方面利用风力机转速跟随转速参考值,保证双馈风机处在最大功率运行点上;另一方面保证转速不会超过1.2的阈值,不会出现失速切机的风险。将风力机输出的机械功率乘以减载比例系数保证双馈风机处于减载状态,预留备用容量;附加根据风速变化而改变的下垂系数,从而得到风力机输出机械功率,通过桨距角动作释放备用容量,使DFIGVSG在电网出现负荷变化时能够快速地提供惯性支撑以及一次调频响应。对桨距角控制器中的PI参数进行研究,最终得到PI参数的具体值。最后在低、中、高风速区进行仿真验证。
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