储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

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。     

考虑风速差异的风电场减载方案与一次调频策略

风电的大规模并网给电力系统带来了惯量降低和一次调频能力不足等问题,可减载运行且具备调频功能的风电场可有效应对该问题。为此,提出了一种风电场减载方案以及相应的一次调频策略。首先,介绍了综合惯性控制和桨距角控制的原理,并分析了风电场减载运行的必要性。然后,研究了不同风速下风机减载能力的差异性并制定了风电场内减载功率分配方案,根据制定的减载方案,提出了相应的一次调频策略,以充分利用风电场的调频能力并避免频率的二次跌落。最后,基于Matlab/Simulink搭建了仿真系统模型,仿真结果表明所述减载方案和调频策略可以合理分配减载功率并提升风电场的调频效果。     

基于有功备用的风电机组一次调频能力及调频效果分析

变速风电机组采用超速和变桨调节实现有功备用,通过下垂控制增发有功出力,可参与电网一次调频。基于风机出力对频率变化的增量,定义有无风电调频下的稳态频率偏移之差,以量化风电机组对减小频率偏移的贡献。发现风电调频能力与风电容量比例、风能大小、减载水平有关,调频效果与同步机组频率响应特性和电网负荷增量有关,确定了充分利用风电备用容量的负荷临界增量。稳态和动态仿真结果验证了不同风速下有功备用风电机组对电网频率的调节作用,发现高风速下风机动态过渡过程要比中低风速时快速。     

风电机组变桨减载一次调频模型及聚合方法

风电参与频率调节已经成为明确的趋势,因此在电力系统频率动态仿真中需要加入风电场的一次调频模型。风电机组通过变桨减载预留备用参与调频是风电调频的一种典型方式,针对该方式建立了风电机组的一次调频模型并提出了风电场调频模型的聚合建模方法。首先建立单风机变桨减载一次调频模型,保留风能捕获、转子动态、有功控制和桨距角控制等关键环节,忽略快速的变流器控制过程。然后提出了采用同型号风机的风电场调频模型聚合方法,考虑到风机运行工况和调频能力的差异,以保证聚合前后功率动态过程一致为目标,推导了调频模型参数的聚合等值方法,将多台风机聚合为一台等值机,使得等值机在调频过程中的输出功率尽可能等于各单机输出功率之和。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

电网限负荷条件下风电场一次调频策略

随着风电并网容量的增加,电力系统的调频、调峰问题日益突出,这就要求风电场应具备功率调节和频率调整的综合控制能力。根据风电机组的风速状况提出超速控制和桨距角控制协调的减载控制方案,使得预留的功率既可满足风电场的限负荷控制要求,也可作为风电场的调频备用。同时,根据风电场自身的运行状况整定风电机组的静态调差系数,并结合风场的功率分配策略,使风电场能在电网限负荷条件下尽可能地支持电力系统的频率调整。仿真结果表明,所提出的方法能满足电网限负荷指令,改善系统的调频特性,并缓解常规发电厂的调频压力,充分利用限负荷条件下的"弃风"资源。     

一种新型风电场虚拟惯量协同控制策略

常规比例—微分(PD)虚拟惯量控制策略可使直驱式风电机组为系统提供频率支撑,但其控制参数和算法固定,在风电场多机并网条件下调频效果欠佳。文中给出了PD虚拟惯量控制方式相关参数的整定方法,分析了不同风速区机组转子动能和变流器容量对机组调频能力的影响。据此提出了一种考虑机组间调频能力差异的虚拟惯量协同控制策略,该策略引入转子动能评估因子和变流器容量限制因子以体现功率协调。风电场仿真结果表明,该控制策略在充分发挥各机组调频能力的同时避免了系统频率的二次跌落现象,调频效果得到进一步改善。     

结合超速备用和模拟惯性的双馈风机频率控制策略

基于双馈风机的风电场大规模并网将导致电网等效惯量降低、一次调频能力不足。为了使双馈风机同时具备惯性调频和一次调频能力,并解决传统模拟惯性控制方法容易引起的二次频率冲击问题,提出了一种结合超速备用和模拟惯性的双馈风机有功频率控制策略。双馈风机在电网频率正常时运行在超速减载状态,获得一定的调频备用容量并提高转子存储动能;在系统频率变化时,通过检测电网频率偏差、调节参考转速来改变输出功率,参与系统调频。该策略可以使双馈风机具有和常规机组类似的静态调频特性,能有效支持系统的惯性调频,减小静态频率误差,并避免转速恢复对系统频率的二次冲击。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。     

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.     

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。     

基于风机调频特性的储能配置方法及协调运行策略

针对大规模风电机组(wind turbine,WT)接入电网,导致电网惯量响应能力和调频备用容量不足,进而造成电网频率稳定性下降的问题,文章提出一种风储系统与等容量同步发电机等惯量响应能力的储能(energy storage,ES)配置方法。方法旨在实现WT取代同步发电机接入电网前后,电网惯量响应能力和调频能力不变。并在此基础上,根据WT在不同风速下,具有不同的调频能力这一特性,文章进一步提出了风储协调控制策略,该策略既能在低风速下提供惯量响应支持,又能在中风速下辅助WT转速恢复,避免频率二次跌落。仿真结果表明,仅配置风电场额定功率5%的容量,既可补偿电网惯量响应能力,又能满足WT转速恢复所需功率,大大提升了电网频率运行稳定性。     

考虑风电有功主动控制的两阶段系统备用双层优化模型

首先探讨了风机降载运行模式具备的有功调节与备用能力,并引入风电降载比定量描述风电备用持有水平。其次,提出了一种考虑风电有功降载运行的两阶段系统备用计划双层优化模型。上层模型的目标为事前阶段的系统运行计划成本最小;下层目标为实时阶段的计划偏差最小,通过引入风电降载比耦合关联上下层模型。进一步,引入KKT条件将双层模型转化成单层模型以求取最优解。最后,采用改进的IEEE 6机30节点算例验证所提出模型的有效性,结果表明风电渗透率较高的系统中,风电场有功降载运行能够降低传统机组的备用容量压力,减少风电场功率输出波动,提高风电接入系统的整体经济性。     

基于改进转子转速和桨距角协调控制的变速风电机组一次调频策略

风电机组参与一次调频缓解了传统同步机组的调频压力,但其调频性能受功率跟踪方法的影响,不利于系统频率稳定。为此提出了基于改进转子转速和桨距角协调控制的一次调频策略,在全风速范围内预留调频所需功率裕度,在系统频率波动时能够提供快速且持久的有功支撑,实现对风电机组静调差系数的整定。对比分析不同减载控制策略下机组疲劳载荷和损伤等效载荷,结果表明所提策略可有效降低机组的疲劳载荷,延长使用寿命。最后,通过仿真验证了所提一次调频策略的有效性,频率改善效果优于传统一次调频控制,提高了风电场参与系统频率调节服务的一致性和可预测性。     

基于数据驱动的风电场有功功率分配算法

针对常规风电场有功功率分配中,通过风速评价机组的功率调节能力不准确的问题,提出一种基于数据驱动的风电场有功功率分配算法。首先,采集不同风速下风电机组转速和桨距角数据,利用Takagi-Sugeno模糊模型和变异系数法评价变速系统和变桨系统参与功率调节的相对权重系数,确定机组的功率调节能力。然后,完成基于机组调节能力的风电场有功功率分配。最后,在MATLAB仿真平台上完成含有10台风电机组的风电场有功功率分配。仿真结果表明,与按风速权重有功功率分配算法相比,所提分配算法的风电场有功功率波动小,风电机组的转速和桨距角变化较为平滑,且高风速机组的载荷小。     

以风电场效益最大为目标的风电装机容量优化

针对风电机机组出力的随机性,将机会约束规划用于优化风电场的装机容量,建立了以风电场净收益最大为规划目标,以投资成本、线路的传输能力限制、系统对旋转备用的要求以及常规机组出力限制等为约束的数学模型。将蒙特卡洛模拟方法与遗传算法相结合对上述模型进行求解。以IEEE30节点系统为例进行仿真,验证了文中方法的有效性。文中方法综...     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。