考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。     

计及转速限值的双馈风机变下垂系数控制策略

传统的下垂控制策略在整定调频系数时更多关注双馈风机本身的运行状态,较少考虑风电渗透率和系统扰动变化对风机调频过程的影响,控制方法的适应性有待提高。为此,建立了风电参与调频的电力系统频率响应模型,提出了计及转速限值的双馈风机下垂系数整定方法及控制策略。通过推导调频过程转子转速的极小值和稳态值,确定出使风机转速自行稳定且不触发保护下限的下垂系数范围。然后根据扰动的大小在线调整控制参数,避免风机发生过度响应。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型。仿真结果表明所提策略能够有效应对不同的系统扰动情况,保证风机自身运行的稳定性。     

基于模糊控制的风电机组一次调频研究∗

随着清洁能源比重的增加,风电渗透率的增加,风电机组参与系统调频的任务越来越重要.目前传统的双馈 感应式风力发电机参与系统的一次调频策略主要是减少转子动能和减载备用功率.针对传统调频策略的调频出力不足以 及转速恢复导致频率二次跌落的问题,提出一种基于模糊控制的系数下的风电机组一次调频策略.在风机调频过程中, 采用模糊控制对虚拟惯量系数和下垂系数进行整定,最后搭建仿真模型验证调频的效果.试验结果表明,模糊控制在调 频时能有效提升调频出力,可减少转速恢复时的二次跌落,与传统的控制策略相比,能提升系统调频稳定性.     

含风电的双馈抽水蓄能机组协调调频策略

双馈抽水蓄能机组解耦控制使得其转子无法响应系统频率变化。为提高双馈抽水蓄能机组参与系统调频能力,提出一种转子动能与导叶开度协调控制的控制策略。首先建立水泵水轮机和双馈电机的数学模型,分析双馈抽水蓄能机组进行导叶开度寻优的过程。其次在水泵水轮机的导叶开度控制中加入频率控制环节,同时根据机组可用转子动能整定可变调差系数,确保机组转速始终运行在安全范围内。最后结合两种控制的调频优势,依据频率变化协调两种控制参与调频的比例系数,实现二者平滑切换。在含风机的系统中仿真分析,结果表明所提控制策略在抽水蓄能机组发电、电动工况下均能够提高机组频率响应能力和电网的风电消纳能力。     

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。     

基于双馈风电机组的变下垂系数控制策略

对双馈风电机组采用传统的固定下垂系数控制策略时,不能根据风速的变化自适应调整风电机组的实时可用容量。若下垂系数设定偏小,将导致风电机组过度响应,造成系统频率二次跌落,同时发电机转速不能恢复;若下垂系数设定偏大,将无法充分发挥风电机组的频率响应能力。针对此问题,提出了变下垂系数控制策略,即在低、中风速区,将纯机械减载容量和可利用转子动能的总和作为机组可用容量整定下垂系数;而在高风速区内,则以纯机械减载容量整定下垂系数的策略。仿真结果表明,所提策略可有效提升双馈风电机组的频率响应能力,防止双馈风电机组发生过度响应,有利于双馈风电机组的稳定运行。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

基于可变系数的风电机组一次调频策略

传统综合惯性控制因采用固定系数,不能根据风电机组自身运行状态改变参数参与系统调频.针对该问题,提出了基于可变系数的风电机组一次调频策略.推导分析了虚拟惯性系数和下垂系数,用单一下垂调频回路取代传统的双调频回路,同时引入虚拟惯性系数和下垂系数,设计了一个与频率变化率相关联的函数,进一步整定可变系数.仿真结果表明,所提策略能够根据风电机组运行状态调节自身的调频能力,提高机组调频的灵活性和可靠性.     

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。     

风火联合调度的风电场一次调频控制策略研究

随着风电在电力系统中渗透率的提高,电力系统单独依靠传统电源进行调频的能力被不断削弱,这就要求风电应具备配合传统电源参与系统频率调节的能力。首先,该文充分考虑风电调频响应速度快、火电调频持续时间久的特性,提出一种以火电机组调频为主、风电机组调频为辅的一次调频联合控制策略;其次,根据不同运行工况,提出改进的风机分组优化和功率分配策略,实现了风机有序参与/退出调频,有效规避了系统频率二次跌落问题;最后,改进风机转速恢复和转速保护模块,提高风电机组参与一次调频的安全性。仿真结果表明,所提策略能够有效实现风火联合参与一次调频,在保证经济性和可靠性的前提下,充分利用风电调频容量,有效改善系统频率特性。     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

计及风机运行状态差异的风电场频率协同支撑控制

尾流效应会导致同一风电场内风机的调频能力各不相同,为了充分利用风电场内每台风机的调频能力以提升系统的频率表现,提出了一种计及风机运行状态差异的风电场频率协同支撑控制策略。所提控制策略分为2个阶段：在频率支撑阶段,采用无领导一致性算法使风机与邻近风机实时交换状态信息,实现合理的功率分配,并在此基础上自适应调整调频系数以保障风电场的安全运行;在风机由频率支撑阶段切换至转速恢复阶段,采用渐进转速恢复控制实现两控制间的平滑过渡,缓解二次频率跌落问题。以含风电场的4机2区系统和3端4区系统为算例进行仿真分析,仿真结果验证了所提控制策略向上调频和向下调频的控制效果相比于集中式控制的优越性。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

云南电网低频问题下风机转子动能控制研究

风电机组提供频率响应后,转子转速恢复过程可能导致的频率二次跌落是制约风机提供向上调节能力的关键问题。文章对云南电网风机转子动能控制展开研究,提出风机转子动能控制参数整定方法,在扰动初期利用综合惯量控制快速抑制频率变化率,减小最大频率偏差;在扰动中后期与水火等常规同步机组和直流频率限制器(frequency limit controller,FLC)协调配合,避免频率二次跌落问题,实现频率整体动态过程的优化。仿真研究表明,增加虚拟惯性控制系数K_df,不利于改善频率最大偏差,会让频率在进入直流FLC死区后出现严重超调和反调现象;下垂控制系数K_pf是改善频率最大偏差和直流FLC动作量的关键,K_df和K_pf取值相同时,运行在最大功率追踪区的风电机组改善频率最大偏差的能力几乎相同。     

基于可释放动能的双馈风机虚拟惯性控制策略影响分析

针对现有双馈风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）附加虚拟惯性控制策略后存在兼顾频率稳定及暂态功角稳定方面的不足,首先利用DFIG的电压和磁链方程,推导出电磁功率表达式,基于同步发电机功角概念推导出与其类似的DFIG等效功角,并分析了DFIG的调频能力与其等效功角稳定性的关系。其次,鉴于DFIG在不同风速下含有不同程度的可释放动能（kinetic energy,KE）,提出了一种基于可释放动能的惯性控制策略:根据转子转速调整DFIG惯性控制策略中频率变化率和下垂回路的回路增益,使运行在较高转速下的DFIG释放更多的动能,根据释放的动能来决定风电机组对系统惯性响应可提供的贡献。该策略在提高系统调频能力的基础上能兼顾改善暂态功角稳定性,并避免了转子转速过低,从而保证了DFIG在惯性控制过程中的稳定运行。最后,基于实时数字仿真系统（real time digital simulation system,RTDS）的仿真软件RSCAD搭建了DFIG单机并网仿真系统,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

超速风电机组的改进频率控制方法

开发风电机组的控制潜力向电力系统提供频率控制成为对风力发电的新要求。传统的针对超速风电机组的频率控制方法没有考虑对风电机组旋转动能的有效利用,缺乏根据风电机组运行状态对频率控制器参数进行整定的方法,尚未充分发挥风电机组的频率控制能力。因此,提出了超速风电机组的改进频率控制方法,将超速风电机组的转子旋转动能用于降低系统频率变化率,超速减载功率用于系统一次调频,提出了考虑风电机组运行状态的频率控制器参数整定方法。仿真结果表明,提出的控制方法能够充分利用风电机组的旋转动能和减载功率提升系统频率控制效果,同时防止风电机组过度响应,有利于风电机组安全运行。     

考虑最优运行点的超速风电机组调频控制策略

风电机组凭借超速控制预留备用容量,可以同时实现惯性响应和一次调频2个控制目标.传统的控制策略往往对机组的备用容量利用不足,尚未发挥出超速风电机组的最大调频优势.为此,在深入研究超速风电机组频率控制的基础上,分别分析惯性响应和一次调频与稳态运行点的关系,提出了考虑最优运行点的超速风电机组调频控制策略.该控制策略通过调频能量模型求解出不同风速下的最优运行点,充分利用风电机组的备用容量参与频率调整,以实现频率跌落速度、深度和稳态偏差之间的优化协调.在DIgSILENT中搭建系统仿真模型进行验证,结果表明所提控制策略能够改善不同风速下系统动态频率响应特性,同时可保证风电机组自身运行的稳定性.