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。     

经柔性直流输电并网的大型风电场频率控制策略

在大型风电场经柔性直流输电系统并入交流电网的场合,传统的电网调频方法难以适用。提出一种频率控制策略,分别在逆变侧换流器、整流侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节。所有控制环节均基于本地测量的信号,无需远距离通信。该方法可以使风电场参与交流系统调频,此外,当系统故障引起柔性直流送出容量受限时,该方法可以自动降低风电机组功率,防止直流侧过压保护动作。     

风电机组参与地区电网调频实用效果分析

针对传统风电机组利用变频器控制功率输出,通常与系统频率完全解耦,不具备响应系统频率变化的能力,导致大规模风电接入显著降低了电网调频能力的问题,结合某地区电网结构及电源构成情况,利用仿真工具平台对风电场参与电网调频前后的系统频率特性及调频效果进行了计算分析。结果表明：在地区风电机组具备一次调频功能的情况下,能有效改善地区电网的频率稳定状况。     

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。     

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。     

考虑频率约束及风电机组调频的风电穿透功率极限计算

随着风电渗透率持续增加以及虚拟惯性/一次调频控制技术逐步推广应用,准确计算风电穿透功率极限对于确保电网安全稳定运行和指导风电并网规划建设具有重要意义。为此,文中定量表征了风电场虚拟惯性响应特性,并采用传递函数模型表示风电场一次调频响应特性,进而建立了包含风电场、同步发电机组调频控制的电网等值转子摇摆方程,用于描述电力系统频率响应特性。在此基础上,以电网稳态频率偏差约束和频率变化率约束为边界条件,提出了风电穿透功率极限的解析求解方法。最后,通过IEEE 14节点系统算例验证了所提方法的精确性和有效性。     

双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性.     

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。     

大规模风电接入对江苏电网调频影响与对策研究

江苏地区风力资源丰富,根据省政府规划,2020年全省将有34座大型的陆地或海上风电场建成投运,总装机容量将达10 000 MW,风电功率的不确定性,将对电网调频产生显著影响。文中首先分析了江苏电网面临的调频压力,提出了对应的解决措施。针对沿海大规模风电接入的实际情况,提出了风电场参与电网频率控制的实现方法,设计了控制策略。为增加风电场频率控制能力,提出了风电和储能互补系统参与电网频率控制的思路,为大规模风电场参与频率控制提供了解决方案。     

基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统调频优化策略

与传统火电系统参与调频相比,利用风火储联合系统进行调频在风电消纳率、节能减排等方面有天然的优势。然而,风电的不确定性波动对风火储联合系统参与调频的策略制定提出了挑战。因此,文章提出了一种基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统参与频率调节的优化策略。根据风火储联合系统参与一次调频的工作原理,搭建了含RMPC的风火储联合系统调频框架;分别建立风、火、储的响应模型,计及各元件运行限制与系统一次调频功率平衡等多重约束,构建以风电机组出力不确定性最大的情况下使系统调频成本最低的双层鲁棒优化模型;采用强对偶理论实现min-max双层鲁棒优化模型的单层化,同时采用前向差分法对风电出力和负荷波动的不确定性约束进行线性化改进,实现模型求解的加速;在MATLAB/Simulink中对所提的优化策略进行算例求解分析,证明了所提方法的调频效果具有显著提升。     

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。     

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。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

需求响应参与大规模风电接入下的电力系统频率调节研究

针对大规模风电接入下的电力系统频率稳定控制问题,研究了需求响应对系统频率的调节作用。为了反映风电的特点,建立了大规模风电接入下的电力系统频率响应模型,模型中对风电和火电机组分别进行了建模。风电机组可以通过暂时释放转子动能参与调频,然而在扰动过大时会导致系统失稳。通过采取一种类似于低压低频减载的需求响应控制方法,即在频率跌落时关闭部分用电设备,待频率恢复后将这些设备重新打开,可以为电力系统调频提供支持。仿真结果表明,需求响应与风电机组同时参与电力系统调频,能够克服风电机组的失稳问题,大大提高风电系统的频率稳定性。     

计及系统调频需求的风电场有功调控策略

风电功率的波动性使得风电场既对系统频率缺乏支撑作用,又可能对系统频率产生污染。因此从考虑系统调频需求的角度出发,根据风电场运行信息和系统实时频率偏差等信息对风电场运行模式进行划分,并针对不同调控模式计算相应调控量,调整风电场功率输出,参与系统调频。算例分析表明,采用本文调控策略,风电场能够较好地参与系统频率调整,缩短频率异常时间。     

一种基于储能技术的风电场虚拟惯量补偿策略

变速恒频风电机组转子动能被变频器与电网"隔离",使得其对电网贡献的惯量几乎为零。随着风电渗透率不断提高,电网的频率稳定性问题也随之加大。因此各国风电并网导则均明确要求风电场需具有参与系统频率调整的能力。由于风电场内部机组数量庞大,机组间运行工况不一致,风电场层面的控制仍具有很大难度。为此文中定义风电–储能系统的虚拟惯量,研究储能装置协助风电场进行惯量补偿的容量要求,并基于模糊逻辑控制提出一种利用储能装置补偿风电场惯量的控制策略。仿真研究表明:所提虚拟惯量补偿策略能够有效补偿风电场虚拟惯量、协调风电–储能系统和常规电网之间的能量交换,使风电场迅速响应系统的频率变化,从而有效地提高大规模风电场接入系统的频率稳定性。     

直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制策略

提出一种直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制方法：构建了基于运行曲线偏移的频率支撑统一控制框架。该框架首先根据电网对风电场的调频需求以及直驱风机控制结构,确定风电机组的运行曲线簇;进一步通过引入运行曲线偏移机制并结合df/dt前馈环节,实现对电网的频率支撑。该方法可将直驱风电系统的惯量支撑以及一次调频支撑集成在一起,风电场自适应选择合理的风力机功率跟踪曲线,实现电网调频需求,尽可能减少因调频控制导致的风能利用效率的降低,同时还可削弱惯量响应过程中原控制系统外环对df/dt前馈控制环的抵消作用。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了分析结果和所提方法的有效性。     

考虑频率约束下提升风储联合发电系统可靠性的储能系统控制策略

提出了一种风储联合发电系统中储能系统的控制策略,可在电网频率稳定的前提下,通过储能系统与风电场的协调运行以提升电网的可靠性。首先对系统中的频率安全约束进行建模以确定风电场的最大并网功率;提出了在频率约束条件下,储能系统在不同风电输出及负荷功率状态下的控制策略;并在改进IEEE RTS算例上搭建了仿真平台,对比分析了不同场景下电网频率的响应及可靠性指标,验证了所述策略的有效性。所提方法可有效降低风电并网对电网频率的影响,提升了电网运行的稳定性。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

含虚拟惯性与阻尼控制的变速风电机组综合PSS控制器

大规模风电场接入电网将削弱系统的惯性和阻尼特性,不利于电网安全运行。本文首先分析变速风电机组的传统功率控制,根据虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出适用于变速风电机组的虚拟惯性控制策略,解决高风电渗透率区域电网惯性不足的问题。其次,通过分析所提虚拟惯性控制对系统阻尼特性的影响,发现该控制方法对功率振荡具有抑制作用,实现了惯性控制与阻尼控制在有功环节上的有机结合。为进一步增强风电机组的阻尼能力,提出无功阻尼控制与虚拟惯性控制相结合的综合控制方案,从而完善风电场对系统的支持能力。最后,通过对含变速风电机组区域电网的仿真分析,验证在所提控制方案下风电机组不仅能够快速对电网提供频率支持,并且具备阻尼系统功率振荡的能力。