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摘 要

随着我国风电发展越来越快，双馈风机逐渐成为风电市场的主流机型，越来越多的大型风机加入电网之后会干扰电网系统运行时的稳定性，当今现有的DFIG的有功功率大多数工作在最大功率的情况，无法响应电网频率变化。除此之外，DFIG大多数情况都是在最大功率跟踪曲线上运行，当系统的频率发生浮动时，没有能力提供过多的有功功率来参与调频，因而造成它没有像传统的发电机组一样能够调整频率。大型的风电机组加入电网系统后使得整个系统的反应能力降低，导致了整个系统稳定性的降低。本文在对风机并网的一次调频进行一定的了解后，根据在不同的风速情况下，提出在低、中、高三种风速下均使用桨距角控制策略，来使双馈风机参与系统并网时具有一次调频的能力。

关键词：双馈风机，一次调频，变桨控制

ABSTRACT

In the wind power market，because of the huge development of wind power in China, doubly-fed wind turbines have gradually become the mainstream models. More and more large-scale wind turbines will interfere with the stability of the power grid system when they are added to the power grid. Today, most of the active power of DFIG cannot respond to the change of grid frequency, which works under the condition of maximum power. In addition, DFIG operates on the maximum power tracking curve in most cases. When the frequency of the system fluctuates, it has no ability to provide too much active power to participate in frequency modulation, thus causing it not to be able to adjust the frequency like the traditional generator set. After large-scale wind turbines are added to the power grid system, the reaction capability of the whole system is reduced, resulting in a decrease in the stability of the whole system. In this paper, Through a certain understanding of the primary frequency modulation of the grid connected wind turbines, according to the different wind speeds, the pitch angle control strategy is proposed to be used in low, medium and high wind speed, so as to make the doubly-fed fan have the ability of primary frequency regulation when participating in the grid connected system.

Key words：Doubly-fed induction generator, primary frequency regulation, pitch control

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1国内外风力发电的发展现状 1

1.1.1国外风力发电的发展现状 1

1.1.2 我国风力发电现状及前景 4

1.1.3 风力发电技术及前景 5

1.2 风力发电对系统频率动态的影响 6

1.2.1 电力系统一次调频 6

1.2.2 风电对系统调频的影响 6

1.3 本文主要研究内容 8

2 双馈风电机组出力特性 9

2.1 风力机的空气动力学模型 9

2.2 最大功率跟踪控制 9

2.3 桨距角控制 10

2.4 速度控制 11

3 双馈风机的频率控制思路及方法 13

3.1 双馈风机频率控制的基本思路 13

3.2 现有频率控制方法 14

3.2.1 转子惯性控制 14

3.2.2 调节功率控制角 14

3.2.3 优化锁相环动态 15

3.2.4 优化同步机制 15

3.3 现有控制方式应对大范围风速变化的局限性 15

4 适应于大范围风速变化的双馈风电机组调频控制策略 16

4.1 控制策略 16

4.2 仿真分析 17

5 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1国内外风力发电的发展现状

1.1.1国外风力发电的发展现状及趋势

近些年来，生态和能源这两大方面所存在的问题逐渐引起了国际社会的强烈关注，而降低石油能源的使用，快速发展可再生能源，已经成为世界各国专家都在研究的问题。当今，全球的能源使用已经在从石油能源慢慢变为低碳及新能源的过渡，最后的终极目的是使当今世界能够进入一个以可再生能源使用为主的时期。2015年，常规的发电机组数量已经不再位居第一，取而代之的是可再生发电系统，这意味着全球的大趋势正在向着新能源发展。而其中风力发电是首当其冲的，其技术相对来说已经比较成熟且能源无污染，全球很多地方已经开始大范围使用风力发电。最早使用风力发电的国家是丹麦，但后来很长一段时间人们没有注意风力发电的重要性，直至1973年发生石油危机，人们才开始关注石油短缺和使用化石燃料发电造成的环境污染等一些问题，继而又开始重新关注风力发电的相关研究。再后来，美国、丹麦、荷兰、英国等国家在研究风力发电上加大了力度，注入了不少人力和财力。到2016年时，美国的水力发电也被其风力发电超过，成为国家可再生能源发电的第一位，在过去7年里，风力发电的成本费用大幅度下降。在德国，陆基风力发电已经成为了最划算的发电方式。在过去的几年里，风力发电技术在各国都有突飞猛进的发展。由于风力发电技术具有单机容量更大，系统兼容性更好和运行时间更长这三个显著优点，所以在2017年时，德国发布了最新修订的《可再生能源法》(EEG2017)，其中有一项就是将固定电价制度改为招标制度，使风力发电能够更好的进入市场。到2017年的时候,风力发电提供给用户的比例在全欧洲预计将达到11.6%；与此同时，丹麦的风电提供给用户的比例将继续增加4个百分点至44.4%,在风力发电使用最多的时候,它可以将多余的电能输送到领国来产生经济效益。德国的用户比例达到20.8%，英国已经达到13.5%。到2017年时，全球的能源价格发生了很大的改变，风电能源的价格有所下降，已经远远低于石油的价格，而在成本方面，也逐渐减少，只有6美分/千瓦时，几乎和水电成本差不多。许多国际上的能源学者也有大胆的预测，在2019年风电的成本会低至3美分/千瓦时。经过近些年来的技术发展，风电的成本已降至2美分/千瓦时，成为了世界上最经济的可再生能源之一。

通过全球新增风力发电机组的装机容量数据观察出，从2000年开始，除2013年、2016年和2017年出现下降外，其他年份的新增装机数量均成上升趋势，如图1-1所示：

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