【摘 要】
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在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,海上风电装机容量爆发式增长。由于复杂恶劣的运行环境,海上风电输出功率的随机性、波动性和间歇性更强,大规模海上风电并网对电力系统频率稳定性提出了更高的要求和挑战。本文以半潜漂浮式海上风电机组为研究对象,建立含海上风电的混合电力系统一次调频模型,分析海上风电场并网频率特性,提出海上风电机组一次调频控制策略,改善电力系统一次调频性能。本文主要研究工作如下:（1）
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在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,海上风电装机容量爆发式增长。由于复杂恶劣的运行环境,海上风电输出功率的随机性、波动性和间歇性更强,大规模海上风电并网对电力系统频率稳定性提出了更高的要求和挑战。本文以半潜漂浮式海上风电机组为研究对象,建立含海上风电的混合电力系统一次调频模型,分析海上风电场并网频率特性,提出海上风电机组一次调频控制策略,改善电力系统一次调频性能。本文主要研究工作如下:（1）联合火电机组、海上风电场和电池储能系统,建立风-储-火混合电力系统一次调频模型。（2）定量分析风、浪载荷对海上风电场并网频率特性的影响。设定四个不同的漂浮式海上风电机组运行工况算例,联合FAST和Simulink进行仿真实验。仿真结果表明,海上风电场并网频率偏差会随着风载荷和波浪载荷的增加逐渐增大,风、浪载荷之间存在非线性较强的耦合关系,风浪联合载荷下海上风电场并网频率的波动性更强。（3）定量分析海上风力机控制作用对海上风电场并网频率特性的影响。在海上风电机组开环控制下,根据稳定运行工作点参数给定风力机控制信号,研究海上风电场并网频率对发电机电磁转矩阶跃扰动和叶片桨距角阶跃扰动的动态响应。仿真结果表明,海上风电场并网频率对风力机控制输出信号扰动十分敏感,定量地增大或减小发电机电磁转矩和叶片桨距角可以调节电力系统频率。（4）结合转子动能控制和超速减载控制,提出转子动能与超速减载联合一次调频控制策略。仿真结果表明,转子动能与超速减载联合一次调频控制策略能有效地减小电力系统频率变化的幅值和稳态频率偏差,一定程度上改善了海上风电机组一次调频性能。（5）利用电池储能协调海上风电机组调频,维持风力机始终运行在最大功率跟踪控制状态,提出基于电池储能的海上风电机组一次调频控制策略。仿真结果表明,相比于转子动能与超速减载联合控制调频,基于电池储能的海上风电机组一次调频控制策略能进一步地减小电力系统频率变化的幅值和稳态频率偏差,在改善电力系统一次调频性能的同时,提高了海上风电机组运行的抗扰性和经济性。
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