风储联合辅助电力系统一次调频策略∗

为解决大规模风电并网带来的频率不稳定问题,提出风储联合调频的控制策略.双馈风力发电机组的调频 能力受风速的影响较大,无法满足调频需求.利用储能响应速度快、可控性高等特点弥补风电机组自身调频的不足. 当系统出现频率波动时,通过优化虚拟惯性控制来调节风电机组的输出功率.在MATLAB/Simulink仿真平台上开展 的风电不调频、风电调频和风储联合调频下电力系统频率特性的对比分析表明,风储联合能显著提高电力系统频率的 稳定性.     

考虑风机分组的风储联合辅助调频双目标预测优化方法

大规模风电场中各区域风速的不一致性,使得传统风机参与电网调频研究时的风速统一化处理并不符合现实需求,也使得电网负荷频率控制更趋复杂。研究了风电机组的调频能力与风速的关系,并分析了不同风速下,风机通过虚拟惯量控制参与电网调频的特性;针对不同风速的风电机组参与电网调频能力的不一致性,分析了利用储能辅助风电机组,以获得更优调频效果的可行性;考虑到储能电池充放电深度与循环使用寿命之间的关系,以频率偏差最小和储能出力最小为目标进行风储联合辅助调频方法的设计,一方面保证良好的调频效果,另一方面最小化储能的充放电深度以提高其循环使用寿命。仿真分析验证了所提方法的可行性与有效性。     

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.     

考虑频率响应过程的风储联合调频策略及储能系统优化配置方法

风能接入电网后会对系统频率产生负面影响,制定合理的风储联合调频策略可以减小风机并网引起的频率波动.为了准确分析风储联合调频策略的经济性,首先结合电网、风机与储能系统特性,考虑电网与风机的惯性后对风储联合系统进行建模,模拟了风储联合调频时的频率响应过程.然后确定调频功率、风功率及系统频率的关系,结合调频效果确定调频系数,并改进了备用容量的配置策略与调频功率的分配策略.最后以调频成本最小为目标建立了优化模型,使用粒子群优化算法对储能系统的最优配置进行求解.算例结果表明,采用的风储联合调频策略及储能系统优化配置可以有效降低调频成本,提高风储联合系统的经济性.     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.     

基于协同控制优化风储系统频率响应的策略研究

风电机组的友好型调频控制对改善风电并网系统的频率响应特性具有重要作用。该文在分析最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)运行风电机组,利用变比例系数调速、飞轮储能基于功率调节实现频率支撑可行性的基础上,从优化风储系统频率响应特性出发,基于协同控制理论,提出飞轮储能协同MPPT运行风电机组提供频率响应的两层协同控制方案。通过将频率偏差和风电机组虚拟电气惯量线性组合构成宏变量,并利用宏变量的零输入响应控制流形,设计实现不同风速风电机组协同提供频率支撑的变比例系数调速策略。进一步,基于频率偏差、储能调频功率指令和风电机组虚拟惯量的线性组合构成宏变量,采用相同的控制流形设计飞轮储能协同风电机组提供频率支撑、快速恢复风电机组MPPT运行和避免频率二次扰动的附加调频有功调节策略。最后,利用风电并网系统的负荷频率扰动,验证所提协同控制的有效性,结果表明,该策略不仅有助于提高系统恢复同步稳定的动态特性,而且能够降低同步发电机参与调频的有功调节速度要求。     

风储联合系统分风速一次调频协同控制策略

针对风电大规模并网所引起的系统频率不稳定,以及系统惯量降低导致调频能力下降的问题,在风储联合参与系统一次调频运行模式下,考虑储能荷电状态约束,提出了风储联合协同调频控制策略。建立含风储系统模型,提出了风储联合协同一次调频控制策略,并对风速区间进行了划分,在不同风速区间采取风机变速或变桨协调调频控制策略,以提高风电自身调频的利用程度。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建了含风储联合系统的电网频率特性仿真模型,结果表明,所提策略能够有效改善电力系统综合频率特性,对风储联合实际工程的调频问题提供了理论依据。     

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。     

基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频策略

在风电场中配置储能系统构成风储联合系统可有效提高对电网主动支撑能力，在满足电网一次调频需求的同时还可以提高风电利用率，增加风电场的经济效益。以双馈风机(double fed induction generator,DFIG)与超级电容储能为例，基于不同风速下DFIG参与调频能力，提出了一种风储联合系统参与电网一次调频的控制策略。考虑风速、频差变化率和频率偏差3个因素设计多变量模糊逻辑控制器，实现风储功率的合理调配，根据储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)动态设置DFIG调频备用容量，提升不同风况下风储联合系统的一次调频能力。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台对所提策略有效性进行验证，结果表明，所提策略在提升风储联合系统一次调频能力的同时，实现了风储调频功率的合理分配，减少了弃风及风机出力振荡风险，改善了系统的频率稳定性。     

计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略

针对风电机组与储能系统频繁参与电力系统调频带来的机械疲劳及循环使用寿命的问题,提出一种计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略。首先,构建含风储调频死区的系统频率响应模型,明晰调频死区变化对电网频率的动态影响;其次,通过人工设置调频死区,确定风储系统调频动作时机及限制其调频深度,将受扰系统的频率响应阶段分为无响应区、风机响应区、风储过渡区和储能响应区,同时风机在考虑有效旋转动能的基础上参与调频,平抑电网频率波动;然后,通过设置风储过渡区可有效缓解风机退出调频带来的机械疲劳问题,储能装置在荷电状态约束的条件下参与调频,遏制电网频率突变;最后,利用大扰动激励法,在连续变动风速场景下验证了所提策略的有效性。     

高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法

提出了一种高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法.以频率变化率和频率偏差为限制条件,建立新能源系统所能承受的最大功率增量与等效惯性常数、调差系数以及风电渗透率等已知参数的联系.通过对3阶虚拟同步机控制策略下的储能系统容量与控制参数进行量化配置,提高不同风电渗透率系统对不平衡功率的消纳能力.以储能配置在频率支撑中贡献的等效单位调节功率为参考,对不同功率增量下储能系统的频率响应贡献、调频出力占比以及输出功率特性进行刻画与分析.仿真验证了该配置方法下的储能系统可控性强,能够较为精准地提供电网所需的有功调节量,有效改善风电并网环境.     

基于分频原理和区域控制的风储火联合调频策略

为解决大规模风电并网带来的系统频率不稳定问题,在分析储能系统、风电机组、火电机组调频特性的基础上,提出了风储火联合调频策略。在一次调频中,以所提出的分频系统自动确定风储火的有功出力,提高了系统调频速度和调频质量。二次调频是在考虑一次调频容量的需求条件下,提出了计及机组备用大小、经济性、安全性、区域控制要求的联合调频策略,减轻了火电机组调频负担,提高了系统的频率调整速度和频率稳定性。通过仿真试验分析,结果表明所提出的联合调频策略较传统调频方式更适合于高风电渗透率的电力系统调频。     

基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。     

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。     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

风储联合系统调频控制策略研究

风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高,其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时,储能技术在近年来得到大力发展,其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题,提出了应用储能补偿系统惯量,利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K,使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频,再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略,得出风储联合系统参与电网调频的优越性。     

风电场采用健康系数与变下垂输出系统参与电网调频研究

针对风电场参与电网调频导致备用功率冗余的问题,建立了风电场基于健康系数的备用功率分配系统与变下垂系数的备用功率输出的系统。为了分配风机备用功率与控制风机备用功率输出,采用了ARMA风功率预测法对风电场5台风机的历史功率数据进行处理,得到风机的能量密度和功率预测准度,再通过模糊逻辑系统求得风机健康系数,并按照健康系数进行备用功率分配。当频率响应系统检测到频率误差后,控制风机变下垂功率输出系统进行功率补偿,稳定电网频率。仿真结果表明,基于健康系数的功率分配系统与变下垂功率输出系统增加了风电参与电网调频的能力,减少了系统备用功率的冗余。     

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。     

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。