储能式液压型风力发电机组调频控制研究

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电力系统的频率稳定是电能质量的重要标志之一,与常规发电机组的频率响应特性不同,风能的间歇性、弱可控性、波动性以及传统风电机组与电网的弱耦合性导致风力发电系统惯量较低,不利于电网的频率控制,严重制约了风电的发展。因此,本文研究利用储能技术提高液压型风电机组的调频能力,以增强高风电渗透率(并网风电在电力系统中的占比)下电力系统的频率稳定性。本文针对储能式液压型风力发电机组频率响应特性和调频方法进行了研究,利用储能技术提高单台液压型风电机组的调频能力。建立了液压储能系统、液压主传动系统以及并网后发电机有功调节系统的数学模型,分析了机组的调频特性和液压储能系统的惯量系数,提出基于虚拟惯性补偿控制的调频控制策略,并进一步提出基于改进BP神经网络的PID自适应闭环调频控制策略。针对基于虚拟惯性补偿的调频控制策略,首先分析了系统负荷波动瞬时负荷扰动量的动态传输与分配特性,并对液压储能系统的惯量系数进行了折算,结合风电调频准则和频率偏差要求对皮囊式蓄能器进行容量配置;然后采用基于蓄能器有效容积的可变下垂系数计算液压储能系统有功出力,推导建立了频率偏差与变量泵/马达摆角之间的传递函数,得到了基于数学模型的调频控制律。针对基于虚拟惯性补偿的调频控制策略存在的依赖精确数学模型和模型参数、开环控制导致调频控制精度较低等不足,进一步提出了基于BP神经网络的PID自适应调频控制策略,以提高调频控制策略的控制效果,实现调频控制器参数自适应调整。同时针对BP算法存在的学习速率较慢的问题,采用弹性BP算法优化改进,即只考虑每次权值计算是否变号而非变化量的大小,以克服Sigmoid函数固有缺点,提高控制器参数整定效率。最后,利用Matlab/Simulink对所提出的两种调频控制策略进行了仿真验证,并在储能式液压型风力发电机组实验台上对液压储能系统动态响应和调频控制策略进行实验验证。结果表明:液压储能系统动态响应满足调频要求,两种调频控制策略具有良好的控制效果。
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