含间歇性电源电网中基于分布式模型预测的自动发电控制研究

论文摘要

能源枯竭、环境恶化是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。作为解决全球能源与环境危机的重要途径,可再生能源,如风能、太阳能、潮汐能、地热能等,可以部分替代化石燃料作为发电的一次能源。然而,几种重要的可再生能源发电形式都具有波动性、间歇性和随机性的特点。这些间歇性电源的大规模并网应用,势必会给电力系统的安全、稳定运行和电能质量带来严峻挑战。风力发电是间歇性电源的典型代表,它也是可再生能源发电技术中发展最快的一种。风电场并网运行是实现风能大规模利用的有效方式,但是风电场输出功率取决于风速,具有间歇性和随机波动特性,在可控性、可预期性方面也有很大的困难。随着风电穿透功率的增大,随机波动的风电功率输入电网容易引起电网频率波动,进而增加电网调峰调频、运行调度等的负担。为了平抑系统频率波动,保持系统频率的安全性,需要对风电并网给系统有功／频率带来的影响进行研究并加以控制。目前研究中所建立的风电场模型还比较粗糙,无法充分体现实际风电场的功率输出特性。此外,传统自动发电控制系统在控制风电并网带来的系统频率波动中存在不足,当风电穿透功率较大时,难以满足电力系统正常运行对频率的要求。本文分析了以风电为代表的间歇性电源并入电网给系统有功／频率带来的影响,并对相应的控制措施进行了探讨。1、在考虑地形地貌、风机尾流效应等因素的基础上,计及风的延迟时间,建立了较为精确、可工程实用的风电场等值模型。该模型充分考虑了风机的集群效应,既降低了模型复杂度,减少了计算量,又具有很高的仿真精度,能够很好的模拟实际风电场的功率波动特性。2、针对传统自动发电控制系统的不足,采用分布式模型预测控制算法对其进行了改进。两区域系统仿真结果表明改进的自动发电控制系统具有更好的控制性能,协调了控制系统调节速度和调节精度之间的矛盾,使系统频率波动和联络线功率偏移均很好的保持在规定范围内。3、在对风电场精确建模的基础上,将基于分布式模型预测控制算法的改进自动发电控制系统应用于风电并网,平抑大规模风电接入带来的系统频率波动和联络线功率偏移。通过对含大容量风电场的四机两区域系统和IEEE43节点系统的仿真,验证了改进的自动发电控制系统在间歇性电源并入电网后平抑系统频率波动和控制联络线功率偏移的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 间歇性电源综述
• 1.1.2 间歇性电源并网对电力系统的影响
• 1.2 风电并网对系统有功/频率影响及相关控制措施研究
• 1.3 自动发电控制及其研究现状
• 1.3.1 自动发电控制简介
• 1.3.2 自动发电控制相关研究现状
• 1.4 本文所做工作
• 第2章 考虑风机集群效应的风电场等值模型
• 2.1 风力发电系统数学模型
• 2.1.1 风速模型
• 2.1.2 风力机模型
• 2.1.3 双馈感应电机（DFIG）模型
• 2.2 风电场等值模型
• 2.3 考虑风机集群效应的风电场等值模型
• 2.3.1 风机尾流效应
• 2.3.2 风的延迟效应
• 2.3.3 计及延迟和尾流效应的风电场等值模型
• 2.3.4 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于分布式模型预测控制的AGC系统
• 3.1 模型预测控制
• 3.1.1 模型预测控制原理
• 3.1.2 模型预测控制数学模型
• 3.2 分布式模型预测控制
• 3.2.1 目标函数
• 3.2.2 预测方程
• 3.2.3 约束条件
• 3.2.4 算法实现
• 3.3 基于分布式模型预测控制的AGC系统
• 3.3.1 自动发电控制系统模型
• 3.3.2 改进AGC系统仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 改进AGC系统在间歇性电源并网中的应用
• 4.1 仿真工具介绍
• 4.2 仿真系统模型
• 4.2.1 风速模块
• 4.2.2 发电系统模块
• 4.2.3 风电场模块
• 4.2.4 负荷模块
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 四机两区域系统仿真
• 4.3.2 IEEE43节点系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 论文的主要工作和结论
• 5.2 进一步研究工作的展望
• 附录 IEEE43节点系统数据
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况 表