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。     

计及ROCOF与转子动能的风电机组自适应下垂控制策略

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性,但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。为此,文中提出一种计及频率变化率(rate of change of frequency, ROCOF)与转子动能的自适应下垂控制策略,充分利用转子动能参与调频,确保风机稳定运行。首先,根据系统频率情况,将ROCOF划分区间,通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数,确保风电机组在扰动初期释放更多能量,提高风机对频率的支撑能力,减缓频率跌落速度。然后,引入转速影响因子,根据风机自身运行状态调整下垂系数,防止风机转子失速,避免频率二次跌落。最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建风火联合系统仿真模型验证了所提控制策略有效性。仿真结果表明所提策略在保证风机转速稳定的同时,能有效利用风机转子动能改善系统频率响应特性。     

一种提高系统频率响应特性的风储协调控制策略

风电并网规模的不断扩大削弱了电力系统的惯量水平,给频率稳定带来巨大挑战.通过分析不同风速下双馈风机(DFIG)参与惯性响应的能力,给出了一种风速分段方法,从而确定DFIG参与调频的风速范围.在此基础上,提出了一种DFIG与储能技术联合的调频控制策略,根据系统惯性响应和频率恢复2个阶段的频率变化特点,制定风储协调出力模式:在惯性响应阶段,通过虚拟惯性控制使DFIG释放转子动能以阻止频率跌落,并采用超速控制将DFIG转速变化分配至最大功率点跟踪控制运行点两侧以改善调频效果,同时逐渐增加储能系统的输出功率对DFIG后期的调频功率下降进行补充;在频率恢复阶段,将DFIG退出调频模式以避免虚拟惯性控制从系统索取能量,主要依靠储能系统出力辅助同步发电机加快完成一次调频.算例仿真结果表明所提方法能够有效改善系统的频率响应特性,避免二次频率事故的发生,提高了系统的频率稳定性.     

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。     

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。     

风机惯量支撑对电网频率跌落特性的影响

大型同步电网中新能源渗透率日益增长，不具备惯量响应能力的新能源机组可能会削弱系统的惯性。针对这一问题，学者们提出了多种风机惯量支撑方式，并在IEEE标准算例系统中验证了风机惯量支撑的效果，但关于风机惯量支撑对同步大电网频率暂态稳定性影响的研究较少。为此，首先从故障时间梳理、典型算例仿真和数学模型分析三个角度出发，分析了新能源渗透率提升后同步大电网发生功率缺额事件的频率跌落特性。然后以此为基础，研究了风机惯量支撑对大电网频率跌落特性的影响。最后分析了风机同时进行惯量和一次调频支撑时，惯量响应对一次调频发挥功率支撑作用的影响。研究结果表明：不同的风机惯量支撑方式对系统频率跌落特性的影响差别较大，某些惯量支撑方式可能会加剧大电网频率跌落的幅度。     

基于物理约束的风电场主动支撑策略研究

为解决风电大规模接入电网可能导致电网惯性降低以及风机单机参与电网调频导致电网频率二次跌落的问题,提出了场站式风场调频控制模式。首先,在策略设计过程中,提出了不进行风机侧储能的设计原则,避免电网调频造成弃风,设计了场站控制高速通信硬件平台,推导了风机调频物理约束边界条件,建立了场站调频控制目标函数;其次,制定了基于约束条件的风机场站调频功率恢复策略,完成了不弃风条件下场站调频控制器的开发。实验数据及指标分析结果显示,场站控制器主动支撑电网的指标满足要求,风电场提供有功功率明显降低电网频率二次跌落风险。     

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.     

含异步变速风机的风电场一次调频等值建模与仿真

风机参与系统一次调频目前已成为各国电网对风机并网的基本要求,但是适用于预测控制等算法的大型风电场频率响应动态特性数学描述尚未有充分研究。文中提出了参与调频前运行于最大功率点跟踪模式下的异步变速风机参与一次调频时的全风况出力响应模型,基于小信号增量法获得了不同工况下出力响应的线性化描述,与风机非线性模型对比验证了所提线性化模型的有效性和准确性。此外,在单机线性化模型基础上,基于间隙度量计算将特性相似的风机进行聚类,建立了风电场出力响应等值模型。仿真结果表明,所提等值模型在降低风电场调频模型复杂度的前提下保证了风电场频率响应特性的逼近精度。     

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。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

考虑风电机组超速减载与惯量控制的电力系统机组组合策略

随着风电渗透率的提高,电力系统将面临惯量支撑和频率响应能力不足的问题.风电机组通过虚拟惯量控制及超速减载控制可具有调频能力.文中在传统机组组合模型的基础上加入计及风电机组调频的频率动态约束.首先,推导风电机组不同减载量下的虚拟惯性时间常数大小.然后,对计及风电机组调频的多机系统建模,并推导扰动后频率最低值的表达式.接着,构建考虑动态频率约束的机组组合优化模型,并采用多元分段线性化技术解决频率约束高度非线性特征的问题.最后,以含风电并网的10机系统为例进行计算分析,结果验证了风电机组参与调频在机组组合决策中的可行性.所提模型与传统机组组合相比,在满足经济性的同时提高了系统稳定性.     

风电机组参与调频的虚拟惯量控制与快速频率控制

通过分析风力发电系统的功率控制特性，提出了一种风电机组快速频率控制方法，并将其与传统的虚拟惯量控制方法进行了对比研究。建立了风电参与系统频率控制的虚拟惯量控制和快速频率控制模型，分析了两种频率控制方法下系统的频率响应特性。采用虚拟惯量控制方法，风电机组跟踪系统频率变化情况释放风机旋转动能，需要合理整定控制器参数以保证风电机组的频率控制性能；快速频率控制可根据风电机组运行状态充分释放转子动能，对扰动后系统频率变化率改善效果更为明显，更适合高比例新能源接入后系统惯量较低的电力系统。     

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.     

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。     

风电调频补偿水锤效应的频率特性分析

水轮机在云南电网中占比很大,为了解决水轮机的水锤效应带来的功率反调现象,提出了一种考虑风电调频特性补偿水锤效应的分析方法。首先,建立了含风、水、网、荷的简单系统数学模型。其次,使用直流潮流法得到水轮机及其调频策略、风机及其调频策略所对应的代数微分方程和系统网络方程。并在此基础上进行线性化处理,推导出负荷扰动时水轮机和风机并网节点频率响应的频域解析式。根据解析式分析调频控制参数等对系统频率的影响。最后,通过以双机系统及实际电网的仿真分析对风机补偿水轮机水锤效应的有效性和可行性进行了验证。