含大规模风电并网的互联电力系统低频振荡特性分析与控制研究的开题报告.docx

含大规模风电并网的互联电力系统低频振荡特性分析与控制研究的开题报告
一、研究背景与意义
随着能源的快速消耗和全球气候变化的日益严重，清洁能源的开发与利用成为各国关注的焦点，其中风能作为一种比较成熟的清洁能源已经得到了广泛的应用。然而，风力发电存在其固有的缺点，如风速随时随地都在变化、风力发电机组容易受到风速的变化而导致输出功率波动、电网对风机响应滞后等等，因此风力发电厂在送电到电网中时需要按照一定的规则进行控制，从而保证电网的安全运行。
近年来，伴随着风电在我国的大规模建设，已经形成了风力发电机组直接并网、风力发电机组与风电场逐级串联并网、风力发电机组与光伏电站并网等多种形式的风电发电并网模式。然而，当千兆级别的大型风电并网系统运行时，由于发电机不同步，并网导电容量较高,千兆级别的大型风电并网系统常常造成电力系统的低频振荡问题。此种低频振荡会产生不同振荡模式的振幅增长、调压器响应缓慢、系统频率偏差加大等问题，严重的时候会造成电力系统的崩溃，给电力供应带来影响和危害。因此，对于大规模风电并网的互联电力系统低频振荡特性分析与控制研究意义重大。
二、关键问题与研究内容
1.大规模风电并网温和控制器设计。
考虑到风电系统的不同部分对与低频振荡的响应不同，设计一套温和的控制器对于减小低频振荡的影响至关重要。
2.风电场中发电机的等电位参考设计。
风电场中发电机的等电位参考设计是解决风电场低频振荡的关键环节，因此必须对其进行专门的研究和改进。
3.基于模型识别的低频振荡分析方法研究。
低频振荡通常是由电力系统建模中的等效电路参数误差、频率隔离器/滤波器等器件、频率响应误差、截止频率失配等造成的。开发有效的低频振荡识别方法是解决该问题的关键。
4.基于最优控制的低频振荡抑制方法设计。
多数低频振荡控制器设计采用给定电机电压或转子角速度偏差的负反馈控制，由于控制器器件限制和时间/频率失配，这种方法面临实施困难的问题。为此，设计基于最优控制的低频振荡抑制方法，满足抑制低频振荡和控制器可实现的要求，是必要的。
三、研究方法
1.动态系统建模仿真法。
通过建模仿真方式，研究风电机组及电力系统的动态响应和低频振荡特性。
2.硬件实验法。
通过构建实验平台对所设计的控制器进行实际应用，探索低频振荡抑制方法的性能及控制效果。
3.理论分析法。
运用现代控制理论及信号处理技术，对动态系统进行理论分析，探索低频振荡特性的根源和对应抑制策略，完善低频振荡控制方法和系统性能。
四、研究进程安排
第一阶段（2021.01~2021.06）
完成文献调研，了解国内外低频振荡控制方法及其研究现状，分析低频振荡的成因及其影响因素。进一步明确研究问题与目标。
第二阶段（2021.07~2022.06）
对动态系统进行建模仿真，并通过实验验证所设计的温和控制器与基于最优控制的低频振荡抑制方法的性能。分析控制器的设计指标和系统响应特性。
第三阶段（2022.07~2023.06）
对所得到的仿真和实验结果进行总结和分析，完善控制策略与方法，并提出相应的改进意见。继续加强模型识别方法等方面的研究，探索更为有效的低频振荡抑制方法。
第四阶段（2023.07~2024.06）
进行综合实验和总结。开发低频振荡抑制控制策略的实际应用，验证研究成果的可靠性和实用性。
五、预期成果
全面评估了大规模风电并网系统的低频振荡的成因和影响因素，提出具有实用、针对性和可行性的全系统低频振荡控制新方法。为其它含大规模风电并网的互联电力系统低频振荡特性分析与控制研究提供了科学的参考和指导。