高渗透率风电并网后的调频控制策略研究

大规模风电注入电网后,部分地区电网末端的风电渗透率超过20%,导致电网中传统的同步发电机维持同步运行的调频压力极大,因此对高渗透率下风电机组参与电网调频时的系统频率等特性进行分析就显得极为重要。对双馈感应风力发电机(DFIG)的虚拟惯量控制及变桨距运行方式进行了研究,提出了风电机组参与电网一、二次调频的控制策略并基于改进后的3机9节点系统搭建了相应的频率响应控制模块,在风电渗透率为40%时分别对不同调频情况下系统频率的变化进行了探究,提出了“调频渗透率”和“调频深度”的概念,在同一模型中不改变电网参数的情况下对比分析了不同调频渗透率或调频深度下系统的频率调整特性。最后验证了调频渗透率及调频深度对于系统频率调整及稳定运行的重要作用,并得出了“高渗透率下留有裕量”的一、二次联合调频策略。     

风电参与电力系统调频控制策略综述

随着可再生能源的大规模开发,以风能为代表的可再生能源大量并入电网,且渗透率不断提高.一方面,由于惯性时间常数较小的风电机组替代了传统发电机组,系统的总体惯量减少;另一方面,由于风能本身所具有的间歇性、随机性,系统的频率特性发生改变,调频能力随之减弱.风电参与调频是解决风电上网约束的有效手段之一.为此,对风电参与调频领域的研究进行综述,首先以双馈风电机组和永磁直驱风电机组这2类最常用的变速风电机组调频控制策略为例,综述风电机组转子超速控制、桨距角控制、虚拟惯量综合控制、虚拟同步发电机控制,储能与风电调频以及多控制策略联合的原理、优缺点和发展趋势等;然后针对风电场参与系统调频的若干问题进行分析;最后对本领域未来可研究的问题进行展望.     

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。     

含大规模风电与储能元件的电力系统调频技术研究综述*

随着风能的大规模开发与利用,未来电网的风电渗透率将逐渐增高,但是过高的风电渗透率会对系统的安全稳定运行造成一定的影响,尤其反映在频率方面。文章结合国内外的研究现状,分析了大规模风电接入对系统频率产生的影响,并从风电机组自身的调频控制技术(虚拟惯量控制、转子超速控制、桨距角控制)及目前新兴的储能技术两个方面介绍高风电渗透率系统下所采用的调频方法。分析了各种调频方法的原理,并对每种控制策略的优缺点及适用范围进行总结。最后对风电参与系统调频的未来研究方向以及储能技术在电力系统中的应用前景进行了展望。     

风电参与电力系统调频综述

目前风电并网运行渗透率逐步增大,利用风电参与电网频率调整,增强系统运行的稳定性已经成为国内外研究的热点问题。综述了风电参与系统频率调整的控制策略研究进展,对比研究了虚拟惯性控制、下垂控制、转子转速控制、桨距角控制、附加储能系统等不同控制策略,明确了各种控制策略的原理、优缺点以及适用范围。分析了风电场内不同风机之间的协调控制算法以及风机与其他常规机组之间的协调配合控制。阐述了智能算法、虚拟同步发电机技术给风电调频带来的新思路以及电压源型高压直流输电技术的应用给风电调频带来的挑战。最后,展望了未来研究的重点内容:源荷双侧的高度不确定性对风电调频的影响;风电调频算法参数整定的依据;风电参与系统调频容量的评估方法。     

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...     

变速风电机组调频特性分析及风电场时序协同控制策略

受变速风电机组与同步发电系统弱耦合的影响,系统等效转动惯量和调频能力随风电渗透率的增加而减少。为此,文中研究了变速风电机组附加频率控制方式,分析了变速风电机组参与系统调频过程中输入机械功率与输出电磁功率的动态变化过程,对风电机组调频能力随风速的变化规律进行了量化分析,给出了风电机组参与系统调频过程中的有功增量与调频可持续时间的对应关系,在此基础上提出了风电场时序协同调频控制策略。依据该策略,风电场各风电机组按照风速—有功增量—可持续时间相依的调频介入与退出机制参与系统调频过程。仿真算例证明,通过协同风电机组间的调频深度,并对调频退出时机施行有序分散化的策略,既充分挖掘了风电机组参与系统调频的潜力,又有效降低了风电机组参与调频所带来的负面效应。     

变速风电机组调频特性分析及风电场时序协同控制策略

受变速风电机组与同步发电系统弱耦合的影响,系统等效转动惯量和调频能力随风电渗透率的增加而减少。为此,文中研究了变速风电机组附加频率控制方式,分析了变速风电机组参与系统调频过程中输入机械功率与输出电磁功率的动态变化过程,对风电机组调频能力随风速的变化规律进行了量化分析,给出了风电机组参与系统调频过程中的有功增量与调频可持续时间的对应关系,在此基础上提出了风电场时序协同调频控制策略。依据该策略,风电场各风电机组按照风速—有功增量—可持续时间相依的调频介入与退出机制参与系统调频过程。仿真算例证明,通过协同风电机组间的调频深度,并对调频退出时机施行有序分散化的策略,既充分挖掘了风电机组参与系统调频的潜力,又有效降低了风电机组参与调频所带来的负面效应。     

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。     

限功率工况风电场一次调频与疲劳抑制协调优化控制研究

随着可再生能源渗透率迅速提升,电网对风电等可再生能源参与系统调峰调频的需求逐渐增强。目前已有大量文献着眼于风电参与一次调频的研究,然而面向风电参与一次调频时机组疲劳损伤的研究尚少。针对限功率工况下风电机组一次调频疲劳损伤抑制展开研究,搭建考虑疲劳指标的机组控制模型和考虑尾流、湍流的风场模型,在此基础上设计分布式控制框架和优化方案,对一次调频过程中的风电场进行功率优化调度。仿真结果表明,风电场参与一次调频对机组结构会带来一定程度的疲劳上升,所提方案则可以明显降低这一不利影响,为风电场更经济地进行电网辅助调频提供理论和应用基础。     

考虑风电参与调频的区域电网频率控制

主要研究考虑风电参与电网调频下的区域电网频率控制。将传统区域模型中的频率输出作为风电惯性环节和一次调频环节的输入,建立了含风电的区域电网数学模型。在此模型基础上研究风电机组对电网频率恢复的贡献,并且通过粒子群算法优化比例积分控制器参数,改进比例积分控制,使其适应包含风电的区域电网。通过仿真对比风电未参与调频、区域一风电参与调频和两区域风电参与调频三种情况下系统频率和区域控制偏差的恢复情况。得出当电力系统发生扰动时,风电参与系统调频能够减少系统频率动态极值,对电力系统的稳定和安全具有积极意义。     

基于下垂特性的风电场参与电网快速频率调整实测分析

随着地区风电渗透率的进一步提高,常规火电机组被新能源机组大量替代,导致电网转动惯量持续下降,电网频率特性呈现逐渐恶化趋势,迫切需要研究新能源机组参与电网频率调整的具体方式。本文提出了一种基于下垂控制机理的风电场参与电网调频的稳定控制装置和能量管理平台设置策略,并选取甘肃电网内一座包含133座双馈异步风机的典型风电场,结合场站端离线验证测试与2016年西北电网全网频率特性实测结果,首次从整座风电场的角度出发,实际验证了风电机组参与电网快速频率响应特性的研究。结果表明,在频率大、小扰动下,风电机组均可快速跟踪系统频率变化来调整出力,对于系统频率的改善效果十分显著。     

基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。     

风电机组虚拟惯量控制的应用方法研究

分析了风电机组参与电网调频存在的特点和限制,从频率事件检测、风机转速保护、风机转速恢复三个方面对已有虚拟惯量控制方法进行了优化,提出了一种实用的风电虚拟惯量控制方法,并给出了该方法在实际风机中应用的具体步骤,最后通过仿真分析和实验测试,验证了所提方法在实际风机中应用的可行性。仿真和实验结果表明,基于所提的虚拟惯量控制方法,风电机组能够在有效参与系统调频电网调频后及时平稳地恢复到最优转速运行,从而提高风电机组的发电效率, 并为参与下一次调频控制提供了条件。     

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。     

风储联合系统调频控制策略研究

风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高,其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时,储能技术在近年来得到大力发展,其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题,提出了应用储能补偿系统惯量,利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K,使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频,再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略,得出风储联合系统参与电网调频的优越性。     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

考虑风机分组的风储联合辅助调频双目标预测优化方法

大规模风电场中各区域风速的不一致性,使得传统风机参与电网调频研究时的风速统一化处理并不符合现实需求,也使得电网负荷频率控制更趋复杂。研究了风电机组的调频能力与风速的关系,并分析了不同风速下,风机通过虚拟惯量控制参与电网调频的特性;针对不同风速的风电机组参与电网调频能力的不一致性,分析了利用储能辅助风电机组,以获得更优调频效果的可行性;考虑到储能电池充放电深度与循环使用寿命之间的关系,以频率偏差最小和储能出力最小为目标进行风储联合辅助调频方法的设计,一方面保证良好的调频效果,另一方面最小化储能的充放电深度以提高其循环使用寿命。仿真分析验证了所提方法的可行性与有效性。     

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。     

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。