双馈风电机组参与电网一次调频的控制策略

由于现有风电机组不能响应电网频率的变化,不增加电力系统的转动惯量,大规模风电接入将对电网频率稳定性构成威胁。基于双馈风电机组的控制特性,提出一种实用化的风电参与电网调频的控制方法。采用分段控制的方式,要求风电机组在一定的频率范围内参与调频。基于转子动能控制原理,在电网频率上升到该范围时通过吸收部分转子动能减少风电机组的有功出力,实现风电机组的频率控制。最后在电力系统仿真软件中搭建风电调频控制的电网模型并以大规模地区实际电网为例进行仿真,研究风电参与电网调频的作用。仿真结果表明,风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网运行提供了可借鉴的理论依据。     

风电机组参与电网一次调频的控制策略研究

为了解决大规模风电机组并入电网对电力系统频率稳定性问题,阐述了系统惯量对电网频率变化的影响,分析比较了不同类型风电机组的动态频率响应特性,并根据双馈风电机组参与电网一次调频的基本原理,对比了现阶段有关风电参与电网一次调频的控制策略。研究结果表明,储能设备对风电机组参与电网调频的能力具有重要辅助作用,联合控制方法能够较好地实现风电调频的能力,有利于电力系统的安全稳定运行。     

需求响应参与大规模风电接入下的电力系统频率调节研究

针对大规模风电接入下的电力系统频率稳定控制问题,研究了需求响应对系统频率的调节作用。为了反映风电的特点,建立了大规模风电接入下的电力系统频率响应模型,模型中对风电和火电机组分别进行了建模。风电机组可以通过暂时释放转子动能参与调频,然而在扰动过大时会导致系统失稳。通过采取一种类似于低压低频减载的需求响应控制方法,即在频率跌落时关闭部分用电设备,待频率恢复后将这些设备重新打开,可以为电力系统调频提供支持。仿真结果表明,需求响应与风电机组同时参与电力系统调频,能够克服风电机组的失稳问题,大大提高风电系统的频率稳定性。     

高渗透率下风电的调频技术研究综述

近年来全球风电渗透率不断提高,风电机组逐步替代传统同步机组,是引起电力系统频率调整困难、影响电网安全的主因之一。通过升级控制设计,风电可以提供旋转惯性和频率调节能力,变害为益,改善系统频率安全。结合调频时间尺度,详述风电参与调频的各控制方法原理和特性,并分析不同方法的利弊和适应环节。分析高渗透率风电并网对电力系统频率稳定的影响,结合近年来多起风电参与的电力系统频率安全事故,指出不少国家和地区都调高了风电调频技术标准。最后,提出应该在技术经济评价、市场与准入等问题开展深入研究,以促进风电成为未来电力系统调频的重要组成部分。     

考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析

以风电、储能、柔性直流输电为代表的高比例可再生能源和大量电力电子设备的并网,使得电网中传统火电的比例下降,这将在一定程度上影响电力系统的频率稳定性。为定量分析风电、储能、柔性直流输电系统参与调频下电力系统的频率特征,首先提出多种调频资源参与调频下的电网频率特征定量分析总体思路,建立风-储-直调频频率响应模型。然后基于频率特性传递函数对电力系统稳态频率偏差、初始频率变化率、最大频率偏差和频率安全裕度进行理论推导;且定量分析了稳态频率偏差变化规律以及惯性时间常数、辅助调频单元控制比例系数对频率稳定性的影响,并计算稳态频率偏差与功率扰动的关系。最后,基于仿真软件验证了所提分析方法的可行性和有效性。仿真表明所提方法可有效定量分析电力系统频率特征,可为双高电力系统下电网频率安全稳定运行与控制提供指导依据。     

考虑风电减载调频的高比例风电电力系统优化调度方法

受制于同步发电机组调频容量和调频速度的限制,风速波动使得高比例风电系统的频率稳定问题日趋严峻。变速风电机组(variable speed wind turbine,VSWT)通过提前减载参与电网调频是解决风电随机性影响的有效方法。VSWT的减载率是影响电力系统安全性和经济性的关键,但受电网调频容量、需求以及风速、机组安全约束等的影响,目前尚难以从系统层面确定恰当的风电减载率,使得风电减载运行的效果有限,甚至引发一系列安全问题。为此,提出了基于VSWT动态减载的电力系统调频思想,充分考虑风电功率预测误差、VSWT减载控制约束、同步发电机组调频容量和系统运行经济性的影响,提出了考虑风电减载调频的高比例风电系统优化调度方法。研究了风电功率预测误差对电网频率的影响;推导了VSWT在减载控制约束下的最大可减载率及最大正、负调频容量;提出了基于风电动态减载的电网新型调度模式;基于机会约束规划,建立了考虑风电减载调频的高比例风电系统优化模型;最后,通过算例验证了所提方法的有效性。     

提高风电消纳水平的低惯性电网参数优化

针对风电并网导致的电网惯性及系统频率调节性能不断降低的问题,为维持电力系统频率稳定,提高对新能源的消纳能力,提出了一种低惯性电网调频参数的优化方法.首先构建了考虑风电参与调频的低惯性电网频率响应模型,对系统特性进行分析;然后以频率约束为条件,对风电消纳能力的最大值进行求解,并以惯性参数和风电参与调频参数为对象,通过对目...     

基于 DFIG风电机系统频率波动特征的惯性动态响应控制策略∗

现有双控风电机组在发电时的频率往往与电网频率解耦,致使风电机组本身缺乏自主参与电网调频的能力, 对此提出一种基于 DFIG风电机系统频率波动特征的惯性动态响应控制策略.该策略通过在风电机组控制环节添加频率-功率控制模块,使风电机组能有效针对电力系统频率的波动输出功率,达到控制风机功率的目的,在一定程度上避免了电力系统内部频率突变使电网能量传输失衡的现象.仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性.     

考虑风机一次调频的风电高占比电网机组组合

随着风电大规模、高渗透率接入电网,单纯常规机组一次调频已难以满足系统调频需求,迫切需要风电参与一次调频。文中在风机调频控制研究的基础上,提出一种考虑风机参与系统一次调频的机组组合模型。该模型通过加入稳态频率、频率最低点和频率变化率为约束条件,确保含风电电力系统预留足够的备用容量以支撑一次调频。文中采用大M法将非线性模型转化为混合整数线性规划模型,并调用Matlab中CPLEX程序包求解。最后,在IEEE 39节点系统上验证了该模型的有效性。仿真结果表明,该模型能提升系统承受负荷扰动的能力,从而满足更大负荷扰动下系统一次调频的备用需求。     

风-火互补发电系统区域频率控制的策略研究

风能与传统能源互补发电给互联电网各方带来了巨大的安全经济效益,对互联电网频率控制的分析与研究是电力系统不可忽视的部分。讨论了发电系统的一次调频和二次调频,分析加入风力发电后,风-火互补发电的区域频率控制,给出模型方案(增加PI调节环节进行改进),对其中的三种控制模式(TBC-FTC、TBC-FFC、TBC-TBC)进行研究。仿真图及仿真结果数据验证了风-火互补发电的区域频率控制的可行性。与传统的单区域频率调节相比,加入了风电的多区域频率控制能改善频率调节的性能。     

计及风速波动和频率约束的风电最大接入比例研究

随着全球风电渗透水平不断提高,电力系统惯性水平不断下降,并且由于风速波动的影响,进一步加大了系统频率的波动性,制约了风电最大接入比例.因此,针对风速波动对电网系统频率的影响,建立考虑风速波动的低阶系统频率响应模型,并提出一种基于虚拟滤波器的风机一次调频控制方法,通过在减载功率控制器上加入附加控制环节,不影响风机原有一次...     

考虑风荷协同参与调频的电力系统低频减载策略仿真研究

随着新能源机组的大规模并网,传统的低频减载策略由于未充分考虑风电参与调频的优势,且采用负荷被动切除的策略,很难满足电力系统运行的安全性与经济性要求。为了探究风电机组与柔性可调负荷共同参与调频对电力系统低频减载策略的影响,分析了风电机组及柔性负荷参与电网频率响应的模型,阐述了电力系统低频减载实施方案的配置原则,在仿真软件中搭建风荷共同参与调频模型并依照区域大电网实际运行情况进行低频减载仿真计算。计算结果表明,考虑虚拟惯性控制的风电机组与柔性可调负荷共同调频下的低频减载切除负荷量相比于传统低频减载策略明显减少,风荷协同参与调频对增强电力系统频率稳定防线及优化减载量等方面都具有重要的研究意义。     

储能电源参与电网调频的需求评估方法

基于风电功率波动特征,定量研究了大规模风电并网对电网频率的影响。定义了考察风电并网对电网频率影响的量化指标,构建了电网等效区域模型和储能电源参与一次调频的仿真模型,仿真分析了风电并网环境下,传统机组一次调频和储能电源参与一次调频2种情形下的电网频率波动特征。研究结果表明,利用储能电源的快速吞吐能力辅助电网一次调频,能有效抑制风电功率中、高频波动分量对电网频率的影响,显著减小电网频率波动,大幅度减小风电并网环境下传统机组的二次调频压力和容量需求,从而论证了大规模风电并网条件下,储能电源参与电网调频的技术必要性。     

储能协助风电机组参与电网调频控制策略研究

风机通过电力电子设备连接至电网,当转子动能与系统频率解耦,无法为电网频率变化提供惯性支撑,随着系统中风电比例的增加,系统频率稳定受到严峻挑战。文中提出一种变系数综合惯性控制方法,风机能够根据频率的扰动灵活调节输出功率;在此基础上,提出结合桨距角备用控制协同调频方法,通过对风速的分段处理,使风电机组参与电网调频具有针对性;为进一步优化风电机组调频性能,风电并网系统增加了储能装置,通过对风储系统惯性进行详细分析,提出了一种风储系统联合调频控制策略,采用模糊控制策略对中高风速区间风储出力分配制定相应的规则,实时调节储能出力系数。最后对风储调频策略进行仿真验证,结果表明,所提方法能有效改善风电机组调频效果,保证高比例风电并网的频率稳定。     

基于分层分布式模型预测控制的多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略

高渗透率风电集群的接入对电力系统频率稳定性带来了不利影响,为了解决这一问题,根据大系统控制论中分层递阶控制理论,该文提出一种基于分层分布式模型预测控制的多时空尺度协调风电集群综合频率控制策略。该控制策略建立了风电集群在三次调频层、二次调频层及一次调频层的变粒度频率控制框架,首先在各层采用时间尺度逐层细化的预测时域、控制时域以及超短期风电功率预测值;其次在各层建立空间尺度逐层细化的滚动优化模型,其中在三次调频层考虑电网拓扑结构及全区经济性最优目标,在二次调频层考虑平均系统频率增广模型及分区安全性最优目标,在一次调频层考虑分区风电集群内单场动态分类来实时平抑系统负荷小幅值随机扰动;最后根据电网及风电集群实时运行状态建立反馈校正环节,实现综合频率控制策略的闭环运行。算例表明,所提控制策略能够有效实现风电集群参与系统调频,并能兼顾考虑系统的经济性及安全性目标。     

参与系统调频的风电机组控制策略研究综述

电力系统频率是衡量电力系统电能质量的重要指标,风电机组自身运行特性导致大规模风电并网对系统频率稳定产生极大威胁,风电参与系统调频将成为电力系统未来发展的必然趋势。由于风机本身不具备频率调整的能力,因此风电机组调频控制策略已成为目前风力发电技术的研究热点,为此,在双馈感应风电机组(double fed induction generator,DFIG)正常运行控制基础上,对其参与系统调频控制策略方面相关研究进行分析和综述,分析了减载(deloading,del)运行参与调频的必要性和最优减载法案,研究虚拟惯性控制、下垂控制、桨距角控制等控制方法及其相互辅助从而达到高效调频的协调控制策略,最后展望了需进一步重点研究的内容:储能技术参与风电场调频的协调控制,风电参与系统调频的经济性分析。     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.     

基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略研究

近年来风电在电力系统中的渗透率不断提高，导致电力系统惯量降低，电网的频率稳定面临巨大挑战。针对上述问题，该文提出基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略。首先，选择风机功率参考曲线的修正系数作为控制信号，并根据风电机组参与电网频率调节的数学模型建立仿射非线性系统；其次，基于部分线性化最优控制原理将系统变换为一个二阶Brunovsky标准型，求得非线性控制律，从而避免近似线性化产生的问题；最后，引入转子速度函数以及转速恢复函数，避免风机转速的过度下降并完成风机转速的恢复，且不需要控制环节的切换。通过MATLAB/SIMULINK搭建含风电系统进行仿真验证，结果表明，转子动能非线性策略较其他策略在释放更少动能的情况下取得了更优的调频效果，提高了电网的频率稳定性。     

多电源梯级调频方案及风电场级调频时序优化策略

目前,大规模风电接入电力系统面临的主要问题之一是系统的频率稳定性。文中提出一种风电场级一次调频时序优化的工程实用策略,并对风光水火参与系统调频的次序提出了梯级调频方案。首先以云南电网为例,讨论了风光水火不同电源接入电网时的梯级调频方案,在电网发生频率扰动情况下对不同电源参与调频的顺序进行了研究,并提出了风电和光伏机组参与调频的需求。然后分析了调频时间尺度内风电场的功率变化及风电机组层面调频时的有功控制策略。在此基础上,在风电场层面给出了场内风电机组一次调频的投入与退出策略,通过读取风电场内各台风电机组的实时状态与计算系统的调频需求,得出风电场在调频期间需要投入的最小的风电机组台数,在风电场结束一次调频时通过时序依次退出风电机组的一次调频,降低风电场退出一次调频可能会造成的频率二次跌落。最后通过仿真验证了所提出的策略。     

基于无模型算法和电动汽车辅助调节的新能源电力系统频率协调控制

为解决风电并网导致电力系统频率偏差过大的问题,设计了一种基于无模型负荷频率控制和电动汽车辅助调节的频率协调控制策略,能够在系统受到风电和负荷扰动时对其频率偏差进行快速调节。利用新能源电力系统的频率偏差设计了无模型自适应滑模负荷频率控制器,对传统机组进行二次频率调节。同时为充分利用电动汽车的快速响应能力,采用分频技术将区域控制高频偏差信号接入集群电动汽车控制中心作为调频参考指令,使得电动汽车参与辅助系统调频。最后通过Matlab/Simulink软件在不同的工况下进行对比分析,仿真结果验证了所提出策略的有效性。