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。     

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。     

基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略

通常双馈风电机组运行在最大功率点跟踪模式下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,亦无备用有功功率支撑电网频率控制,风电渗透率的提升使得系统的等效时间常数降低,并且系统频率调节压力增大,从而弃风现象严重。传统超速减载控制通过保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制起动频繁等问题。为此提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路,同时综合考虑储能装置容量优化配置问题,设计出一套最高放电效率下成本最低的超级电容储能装置。相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,通过经济性评估可知,具有较强的经济优势,仿真分析可得到在源荷随机波动场景下,其发电效益接近于最大功率跟踪模式,明显高于超速减载控制模式,同时还具有明显优于传统超速减载控制的一次频率调节能力,且无需进行桨距角调节。有利于延长变桨系统的寿命,提高其运行的安全性和可靠性。     

风电-储能参与调频的高比例风电电力系统运行经济性分析

随着风电在电力系统中占比的提高,风电出力的不确定性使得电力系统的频率稳定问题日趋严峻,传统机组需要预留调频备用容量以应对负荷和风电不确定性所带来的频率波动,造成在负荷低谷时期弃风情况严峻的现象。变速风电机组通过减载的运行方式参与电网调频能够有效地缓解传统机组的调频压力。为此,首先基于可变速风电机组的超速控制以及桨距角控制方式,提出了风电机组在全风况下减载运行的控制策略。其次,构建了考虑风电-储能参与调频的风-火-储联合系统优化调度模型,基于机会约束条件设置系统调频备用约束,考虑风电动态减载参与调频的运行方式,对风电的减载率进行优化。最后,通过算例验证了所提方法能够有效促进风电的消纳,提升系统运行的经济性。     

基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略

变速恒频风电机组通过变流器并网后,机组转速不再与系统频率发生耦合,导致系统总的转动惯量不断下降,严重威胁到了电力系统频率稳定性。根据频率发生变化时减载后的功率跟踪曲线比例系数的变化,提出了一种基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略,并对各风速区间减载控制的具体过程进行了详细的分析,根据给定减载指令和减载策略的不同,对风速区间进行划分,各风速区间采用不同的减载策略（低风速的超速点采用二分法,中风速采用变参考功率的思想,高风速采用牛顿法求解附加桨距角或给定减载功率）。仿真结果表明,所提调频控制策略在保证自身稳定运行的同时,能够提高电力系统的频率稳定性。     

基于减载系数变化的风电机组一次调频控制

风电机组参与电网一次调频对提高高比例风电并网系统的频率调节能力具有重要意义。分析风电机组传统一次调频控制下超速减载控制的功率跟踪曲线与下垂控制间的交互影响机制,结果表明该交互影响不能充分释放风电机组减载控制储备的备用功率,削弱了风电机组的调频能力;为了消除该交互影响,提出基于减载系数变化的风电机组一次调频控制策略,并给出一次调频参数设置方法。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,结果表明,所提控制策略能够很好地消除该交互影响,其频率改善效果优于传统一次调频控制。     

抑制风机超速脱网的永磁风电场经柔直系统并网的受端交流故障穿越控制策略

永磁风电场经柔直外送的系统发生受端交流电压跌落时,利用转子储能进行风机减载控制的策略可能存在超速脱网问题。对此,提出一种抑制转子超速脱网的风电场减载控制策略。该策略通过转子转速与风机有功功率的关系,对风电机组减载期间的最小有功功率整定,确定风电场的最小有功输出,尽可能地减小直流两侧不平衡功率。严重故障时与直流卸荷电阻配合,快速减载的同时减小卸荷电阻承担的容量。搭建了基于某型号的永磁风电机组构成的风电场经柔直外送的仿真模型,对所提控制策略与传统控制策略进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。     

超速与变桨协调的双馈风电机组频率控制

双馈风电机组的有功功率输出无法响应电网频率的变化,并且由于其通常运行在最大功率点跟踪模式下,亦无备用的有功功率支援电网的频率控制。通过提升发电机转子转速和调节桨距角可实现双馈风电机组的减载运行,从而保留部分有功功率作为备用以提升对电网频率的调节能力,但是超速控制和变桨控制在不同工况下,具有一定的工程局限性。为深入挖掘双馈风电机组的调频潜力,提出了一种超速与变桨相协调的调频控制策略。该控制策略根据不同的风速条件,将调频分为低风速、中风速和高风速3种模式,并详细分析了可辨识这3种模式的判据。仿真结果表明,基于文中提出的控制方法,双馈风电机组可以有效提升系统的频率稳定性。     

考虑频率二次跌落的系统频率特征评估及风电调频参数整定

风电机组可释放转子动能为系统提供有功支撑,但转速恢复时可能引起频率二次跌落,不利于系统频率稳定.目前,综合考虑系统频率一次跌落与二次跌落过程中的频率特征对风电调频参数进行整定的研究较少.为此,首先提出统一结构模型以近似表征同步机、风电机组等各种发电设备的功率响应.基于此,解析系统频率轨迹并量化评估频率平均变化率和一次、...     

一种双馈风电机组频率控制器

双馈风电机组的解耦控制使输出的有功功率无法响应电网频率的变化,其最大功率跟踪控制也无法为电网提供备用功率,使风电机组难以为系统调频提供持续的有功功率支撑。为此,提出一种基于运行工况差异性的减载运行方案,高出力时通过变桨控制、低出力时通过变速和变桨协调控制来实现有功功率备用。引入机组参与因子的概念,并应用于频率控制器的设计中,该控制器以易于准确测量的机组电磁功率、转子转速、桨距角和系统频率为观测对象,实时参与系统的频率控制过程。理论与仿真分析表明,该频率控制器能够保证机组全工况参与调频过程,有效提高了风电并网系统的频率稳定性。     

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.     

双馈风机参与调频的速度控制器模糊协同控制及参数校正策略

双馈风机调频的目的是通过释放转子动能对电网提供有功支撑,然而以速度控制器为代表的固有控制环节,其控制目标是维持转子转速稳定运行,两者控制目标的差异性将会引发调频性能与风机运行安全的冲突。为此,提出了双馈风机调频阶段速度控制器模糊协同控制及参数校正策略。首先,为明确调频阶段风机调频参数特征,利用风机转子动能、桨距角减载与虚拟惯量和一次调频的能量对应模式,提出了风机调频控制环节参数与运行点的映射等值模型;其次,考虑以速度控制器为主的风机固有控制环节,分析了速度控制器参数对惯性响应环节的影响,基于模糊逻辑算法提出了提升电网频率控制效果的速度控制器动态运行算法,缓解了与调频环节间的固有矛盾;最后,构建仿真模型对所提策略进行验证,结果表明所提方法可有效协调风机当前运行点以及风机调频控制、风机固有控制等环节的调频性能,提升电网的频率控制支撑能力。     

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。     

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。     

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。     

恶劣风况下的风机最大容许出力模型及其控制策略

在过风速工况下,现有的风机紧急控制策略极易造成风机大规模脱网,风能资源得不到充分利用。对此,提出一种基于等效载荷二维寻址的风机优化应急控制策略,该策略在保证风机本体安全的前提下,可实现过风速工况下风机输出功率平稳降低,避免剧烈的过渡过程导致电网安全问题。首先,分析在恶劣风况下风机的运行特性,建立风能利用系数与推力系数之间的数学关系式,并且推导风能利用系数对风机运行特性的影响;在此基础上,利用实时风速计算风机机械部件的等效载荷,并基此提出基于二维寻址的风机优化应急控制策略;最后,搭建风电场运行综合仿真平台,在不同运行场景下对所提的风机应急控制策略的适用性和优越性进行验证。     

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。