风电场一次调频分层协调控制研究与应用

大规模并网风电场参与一次调频是电网为保证自身安全做出的必然选择,有功响应的快速性和稳定性是风电场需要解决的关键问题。提出一种基于分层架构的风电场参与电网一次调频的控制策略。在风电机组控制层,提出了一种改进的带惯量补偿的有功控制策略,提高一次调频的响应速度。在风电场控制层通过改进的惯量响应协调控制和功率备用控制策略,避免电网频率出现波动,并满足不同风况下备用功率的要求。基于Matlab/Simulink建立了含风电场的电力系统仿真模型,仿真结果表明风电场具备全工况条件下参与电网一次频率调整的能力。最后在某49.5 MW风电场现场验证了所提控制策略的有效性。     

限出力条件下风电场调频控制策略

随着风电并网容量的迅速增加,风力发电本身运行特性给电网带来的问题越来越突出。当夜间风速较高,而系统负荷处于低谷时,风电场最大可能发电量会大于系统调度指令值,风电场出力受到限制,将产生大量弃风;同时,由于风力发电不具有像常规机组那样调频控制能力,风电的大规模并网加大了系统的调频压力。因此,提出限出力条件下风电场参与系统调频的控制策略,利用限出力条件下风电场的弃风功率,通过附加风电场调频控制器,对系统频率下降的情况进行调控。仿真结果表明,根据所提出的调控策略,可有效减轻系统调频压力,提高系统频率恢复能力,并且能尽可能多地利用弃风功率,提高风电场风能利用率。     

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。     

计及系统调频需求的风电场有功调整方法

随着风电并网容量的快速增加,风电功率的波动性与随机性给系统调频控制带来的困难也更加突出。从风电场参与系统调频控制的角度出发,结合风电场和风电机组调节特性以及系统频率分级调整的特点,建立一种适用于大规模风电并网系统的风电场及其风电机组有功功率分级控制框架,并提出基于系统实时频率偏差的风电场及其风电机组有功调控算法。仿真结果表明,该方法能够使得风电场根据系统调频需求快速调整有功功率输出,从而缩短频率异常时间,给系统的频率稳定提供有效的支撑。     

含变速恒频风电场的电网频率协调控制策略

为了深入挖掘变速风电机组的调频潜力,提出变速恒频风电机组以改进的超速与变桨协调控制为基础,并配合常规机组进行调频控制的协调控制策略。通过超速与变桨协调控制,变速恒频风电机组减载运行使风电场留有一定的备用功率,可以保证电网在负荷波动时的功率平衡和频率稳定。仿真分析表明,协调控制策略可以有效地发挥风电机组的有功发出能力,并提升电网的频率稳定性。     

风电场限功率状态下电网旋转备用优化分配

并网风电场参与电网调频且主动提供旋转备用是高渗透率电网的客观需求,而风电场限功率运行是风电参与调频的必要条件。定量分析了风电场限功率运行对二次调频指标及风电极限穿透功率的影响,认为风电场限功率运行能从调频备用容量以及调频速度两个方面减轻同步发电机的调频压力,同时增加了电网中风电的极限穿透功率。为研究风电场限功率运行下的二次旋转备用分配问题,建立了电网备用优化模型并构建了包含等值同步发电机及风机的动态等值模型,通过MATLAB/Simulink进行求解及仿真,优化及动态仿真结果均表明风电场处于限功率状态有利于增加电网频率稳定性并减少旋转备用。     

电网约束下变速风电机组的限负荷控制策略

为适应目前电网限制风电场上网发电量的要求,风电机组需要具备全程风速范围内的功率限发调节能力。对变速风力发电机的限负荷控制策略进行了研究,建立了风电机组功率对象的数学模型,分析了可实现机组功率调节的桨距角控制模式和转矩控制模式,并建立了仿真模型,针对多种典型工况进行详细的仿真对比。结果表明,转矩控制模式下风电机组调节过程具有更好的动态特性,更适合于实现电网限发条件下的变速风电机组功率控制。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

基于调频层面的风电弃风分析

弃风已经成为制约风电产业发展的关键问题。弃风造成的原因主要有调峰调频能力和输电能力不足等。从调频层面来看,当电网频率越上限时,可依据电网调度部门指令控制风电场有功功率输出,甚至分步切除风电机组。为了分析调频层面分钟级的应急性弃风,利用有功功率盈余时风电场切机的调频灵敏度指标,选择最合适的风电切机策略,并基于频率越限过渡时间与负荷功率变化量的关系选取弃风的调频困难典型时段,再结合所选的风电切机策略,估算调频层面全年规划方案弃风电量。最后,基于DIg SILENT/Power Factory分析软件,利用我国某区域2020年规划电网算例验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

风电场一次调频控制方法及试验研究

目前大量并网的风电机组按最大功率跟踪曲线运行,其功率不能响应电网频率的变化,不具备一次调频功能,这将严重影响电网的安全稳定运行。在分析风电场运行状况基础上,提出在现有风电场机组中加入虚拟惯性控制策略,以提高风电机组输出功率快速响应电网频率变化的能力;通过在风电场集中引入下垂控制策略,获得风电场一次调频总功率,再经过风电场能量管理平台分发给各台风电机组,实现风电场一次调频功能。现场试验结果表明,风电场机组能够像常规发电机组一样进行电网一次调频,其一次调频响应有功功率的速度优于水电机组指标规定的要求。     

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.     

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。     

基于桨距角控制的双馈风机参与电网二次调频控制策略研究

单独依靠常规电源的热备用难以有效平抑大规模风电的功率波动,要求风电机组主动参与自动发电控制(AGC)是电力系统稳定运行的重要保证。为解决此问题,本文提出了一种基于桨距角控制的双馈风机(DFIG)参与电网二次调频控制策略。通过分析风机的特性,确定了考虑桨距角变化的最优转速功率追踪控制;通过引入风电场控制信号改进传统桨距角机构,并在此基础上进一步提出了双馈风机参与电网二次调频综合控制方案。仿真结果表明,在所提控制方案下,风机利用其可控的二次调频能力,有效地降低了严重的负荷扰动下系统频率的变化率,并实现了间歇式新能源的优先调度。     

变速风电机组的惯性与一次调频特性分析及综合控制

大规模风电场集中接入电网将导致系统惯性降低,调频能力不足,为解决此问题,提出了变速风电机组的频率综合控制方案。根据变速风电机组调频所需的备用容量,提出风电机组的减载控制方案,并解决惯性与一次调频控制的结合问题。通过分析风电机组的一次调频特性,利用变桨技术,进一步提出可整定风电机组静调差系数的频率控制策略,并与虚拟惯性控制有机结合,实现风电机组对系统频率的综合控制。通过仿真分析验证了在所提控制方案下,变速风电机组利用其可控的调频能力,不仅能够有效支持系统惯性,减小系统扰动初期频率的变化率,并可按照整定的静态频率特性,提高系统的静态频率稳定性。     

含大型风电场的弱同步电网协调控制策略

针对含大型风电场的弱同步电网频率稳定问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)技术的风电机组多模型预测控制(MMPC)调频控制策略。该控制策略根据风速条件设定预测模型库,能够在不同风速条件下协调控制桨距角与发电机转矩改变风电机组出力响应弱电网频率的变化,从而有效提升风电机组的频率调节能力。同时,针对弱同步电网的电压稳定问题,引入静止同步补偿器(STATCOM)建立中心控制系统。通过中心控制系统实时的有功-无功协调控制,可以保证在负荷波动和故障情况下风电机组不脱网并维持弱电网电压和频率的稳定。仿真分析表明所提出的控制策略的有效性。     

大规模风电参与系统频率调整的技术展望

要求风电主动参与系统频率调整是风电大规模并网后电力系统为保证其自身安全做出的必然选择。世界多个国家的风电并网导则对此提出了明确要求。然而,传统的风电机组一般都没有提供频率调整功能,风电如何参与调频是目前的研究热点。从风电参与系统调频的控制策略和能力评估两个方面对相关研究进展进行了综述。控制方面,对比研究了模拟惯量控制、下垂控制、转子转速控制、桨距角控制以及协调控制等不同控制策略。调频能力方面,分析了单台及多台风电机组的调频能力,归纳了风电区域互补性对调频能力的影响。并展望了需进一步重点研究的内容:风电场内部机组间及风电场与常规系统间的协调控制、风电场与储能等新技术的协调控制、风电场参与调频的能力评估与经济性分析。     

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.     

避免频率二次跌落的风电场一次调频功率分配方法

风电场基于下垂控制参与系统一次调频时,参数整定不当可能引发机组转速保护动作进而带来频率二次跌落问题。为此,提出了一种避免频率二次跌落的风电场一次调频功率分配方法。首先结合下垂控制的响应过程分析了转速保护动作带来频率二次跌落问题的物理机理,然后基于转速及功率约束条件提出了风电机组调频功率评估方法,进而得到风电场的调频功率评估方法和风电场一次调频功率分配方法。基于Matlab/Simulink搭建了含有风电场的仿真模型。仿真结果表明,所提方法可充分发挥风电机组的调频能力,并避免频率二次跌落问题。