风电参与电网频率调节的控制策略的研究

摘要XVI(2-30)假设电网电压为理想状态，则有：(2-31)由式(2-30)分析可得，PWM变流器是一个输入电流皆由开关函数控制的相互耦合的高阶非线性系统。为了便于以下的分析，可将三项静止坐标系下的方程转换为两相坐标下的方程，于是可得下式：(2-32)式中，，为其并网电流的分量；，为开关函数分量；，为电网电压分量。2.3.3转子侧变流器的矢量控制策略双馈电机坐标系下的各电磁量位置关系如图2-6所示，若设定旋转坐标系轴为定子磁链方向，则，，由此可以得到更加简化的双馈电机变量之间关系：图2-6空间矢量示意图(2-33)由式(2-33)分析可得，定子绕组有功与成正比、无功与成正比，也就是说可以分解调节、实现对、的解耦控制。由以上分析得知，、的控制策略是通过调节定转子励磁电流实现的，因此推导转子电流、电压与、之间的关系是极有必要的，这样会更加便于有功功率、无功功率的单独控制。(2-34)将式(2-34)代入(2-21)与(2-22)中，可得到下式：(2-35)式中：、。为保证控制的精确度、方便设计控制策略，利用式(2-35)将转子电压分解成解耦项和补偿项。有了后，得到电压分解量之后，经过旋转坐标变换可得到三相电压分量、、，将这些电压分量通入PWM可得到控制变流器个晶闸管通断的控制指令。框图为转子侧变流器矢量控制模块，该框图中包含功率、电流两个闭环环节。在功率外环中，有功指令由功率追踪控制模块根据风力机的实际转速给出，无功指令根据有关的无功控制方法得出。反馈功率、则是由双馈电机定子电压、定子电流和转子转速等变量计算得到，经过PI控制器得到dq轴参考电流量1，在经过转子磁链方程与电压方程的带入，得到dq轴参考电流量2，与实测dq轴电流比较，在经过转子侧有功功率与无功功率PI控制器得到转子侧电压指令，与转子侧dq轴电压实测值比较得到最终转子侧交流电压指令，此电压指令经过派克反变换得到三相电压分量，输入到PWM发生器，由其产生PWM调制信号，从而实现对背靠背系统中晶闸管等原件的通断控制。图2-7转子侧变流器矢量控制框图2.3.4网侧变流器的矢量控制策略为网侧变流器设计控制策略的原因在于稳定直流母线电压，这样才能保证网侧、转子侧实施解耦控制。网侧变流器在坐标下的数学模型为[26-30]：(2-36)式中，、为网侧电压的dq轴分量，。将式(2-36)进一步整理：(2-37)式中，、网侧电压解耦项，、为补偿项。(2-38)(2-39)若选用电网电压为旋转坐标系为d轴，则有(2-40)上式中，为矢量的幅值。代入式(2-36)可得：(2-41)网侧变流器与电网功率交换情况可用下式表示：(2-42)由上式可知，当时，即网侧功率因数为1，此时网侧变流器与电网之间只存在有功功率的交换。由式(2-40)可知，控制即可以控制有功功率的吸收，控制量即可控制无功功率的吸收，从而控制直流母线电压及功率因数。根据式(2-35)-(2-40)设计用电网电压作d轴的矢量控制方法，框图如图2-8所示。电流参考指令由直流电压PI控制器得到，参考指令由网侧无功功率PI控制器得到，与实测值、比较，比较值在经过控制内环PI得到网侧电压的解耦项、，解耦项与补偿项、相加就可得到网侧交流电压的指令、。、经过派克反变换得到三相分量、、，三项分量被送入输出调制信号，用调制信号控制变流器中晶闸管的通断。图2-8网侧换流器控制框图2.4本章小结本章首先介绍了双馈机组的结构组成及其双馈运行原理，并给出了双馈机组和背靠背换流器的数学模型，利用换流器的简化电路图说明其工作原理，并设计其控制策略，给出了控制策略系统框图，说明了控制的详细过程，为后文的仿真工作打下了坚实的基础。东北电力大学工程硕士学位论文第3章风电参与电网频率调节的控制策略目前，绝大多数风电场内的风机在出厂时，就已被设计好在最大功率模式下运行，以此获得更高效率的发电水准，发出更多的电量。然而，这种运行模式并没有考虑到风机会参与到电网频率调节中来，导致风机对电网几乎没有惯性支持，不能够为电网提供可靠、备用的有功功率来缓解电网频率的波动[31-33]。由于风功率本身的特性，其接入电网后会导致电网频率的波动和起伏。最近几年，各国风电机组的装机容量逐渐增加，规模也越来越大，风电占所有电源的比重也随之升高，在这种情况下，给电力系统带来了一些无法回避的问题，尤为突出的是电力系统稳定性。在高渗透率风电情况下，由于大量风功率注入电网，系统还要保持电源功率和负荷功率平衡，即系统频率保持在工频大小，此时必须调动火电机组和水电机组原动机的一次调频能力来保证系统频率稳定。但是调频电厂本身的一次调频功率是有限制的，再加上风电大容量的渗透到电网中来，导致调频厂调节功率不足，电网频率很难保证在工频附近工作。如果系统负荷突然增加，调频厂便不能调节电网频率，冷备用的机组起机时间又长，风电场已满发没有备用功率，最后引起系统频率崩溃，电网解列。在这种情况下，风电场应该具备参与电网频率调节的能力，也有义务调节并优化电网的频率。所以，风电场参与电网频率调节是非常有必要的，需要制定一系列辅助措施来帮助调频厂调节电网频率，使系统工作在稳定、安全和健康的状态下。3.1风电参与电网频率调节的可行性近几年，风电作为易获得的清洁能源接入电网，在电网电源所占比重逐年攀升。由于风能本身的随机性和波动性，导致电网能量不平衡，造成电网频率波动频繁。风电在电网电源所占比重称之为风电渗透率，当风电渗透率较低时，其风功率对电网频率波动的影响可以由火电机组或者水电机组通过一次调频来对冲。当风电渗透率较高时，其风功率对电网频率的影响不能完全由传统机组来调节，如不调节将会对电网频率造成严重后果，据此分析，风力发电机为系统频率调节做出贡献很快将会成为强制性的措施。与容量相同的传统火电水电机组相比，使用电力电子换流器与电网连接的变速风电机组能为电网提供的惯性支持非常小。当风能转换系统在电网中的渗透率逐渐升高时，将导致系统发生事故后系统频率变化率的升高。我们知道参与电网调频的机组数量越多，将会减少系统发生事故之后频率的波动。风能作为一种随机性能源，各国逐步提出了对风力发电机应有能力保持可控的有功输出。风电在电网中的渗透率逐渐升高的情况下，由于风速的变化导致风电场输出的功率具有波动性，这给电网频率带来了一定的扰动。目前电网系统中广泛应用的是双馈感应发电机组，它采用的最大风能追踪策略使其转子转速与电网频率解耦，而且没有常规发电机组的备用容量，这导致电网中出现负荷突变或发电机切机时，变速恒频风电机组不能为系统频率调节做出贡献。风电机组能够为系统提供频率支撑的前提是，风电机组具有可控的有功备用。目前，已提出解决此问题的方法是，风电机组从最优功率跟踪运行点转移到减载运行点[8-15]。通过优化发电裕度，减载的风电机组可以参与到系统的一次调频中来。当系统处于过负荷状态下，风电机组可从减载运行点回到最优功率跟踪运行点，在这个过程中不仅转子释放了其动能，而且风电机组捕获的风能也提高了，这两部分能量为系统有功不足提供了相应的有功备用。正常情况下，风电机组都被设定工作在最大风能捕获的状态下，所以风电机组只拥有调节系统频率降低的能力，也就是我们经常说的弃风。然而在系统频率降低的时候，风电机组是没有办法调节功率输出来支撑频率的降低。如果风电机组放弃最大风能捕获，使其工作在偏离最大风能追踪运行点的右侧，这样就能获得一定的有功裕度，来参与到电网频率降低的调节过程中。在这种工作状态下，虽然放弃了一部分风能，但是却得到了双向调节电网频率的能力。在风电场中，风电机组的空间分布导致每台机组在任意时刻捕获的风速都各不相同。在这种情况下，由于风速的变化每台风电机组可用的发电裕度都有所不同。事实上，基于普遍的风速，标准化单台风电机组对电网频率波动的响应是有可能的，从而最大化从风电场获得一次调频响应能力。风电机组在获得调频功率的同时，自身放弃了捕获最大风能的能力，不得不弃风。从经济性角度来看，这是一种浪费资源的运行方式，但是电网规定风电场的调频电价能够弥补放弃的风能，对于风电场来说性价比还是很高的。当系统发生弃机或者负载过大时，电网频率将从工频开始下降，这需要额外的发电机参与电网调频。发电机组最开始响应频率降低时称之为一次调频响应[34,35]。通过比例控制动作，主控制器建立了发电侧和负荷侧的有功平衡，俗称下垂控制，捕捉频率跌荡。如果发电机的调差系数越大，它响应系统频率偏差的能力越弱。为了让任一发电机组能够参与一次调频，充足的有功备用是必不可少的。当系统发生事故之后，一次调频响应的贡献大概能维持在10s之内，而事故造成的影响持续20-30s[34-37]。随后，调频器修改发电机组的有功运行点，这样调速器重新储备并准备参与下一次事故。使用这种方法，扰动之后的系统频率和联络线功率便可回复到它们的预定值。在正常情况下，风机是工作在最大功率跟踪运行模式下。在这种状态下，无非是为了捕获更多的风能。当系统负荷减下，过剩的电源功率导致电网频率升高，风机可以通过桨距角控制，增大桨距角来减小风机捕获的风能，或者通过转子转速控制，加速或减速来减小风机捕获的风能，也就是说风机可以通过减少输入功率来获得降低电网频率的能力。但是，当系统负荷增加，风机已工作在最大功率跟踪运行模式下，并且没有备用的有功电源来缓解电网频率的降低，最后系统频率一直增加，导致电网崩溃。如果风电机组能够放弃最大的风能捕获，使其运行在偏离最大功率跟踪点，那么风机就可以预留一定的调频功率，既可以向上调节电网频率也可以向下调节电网频率。但是这样一来，在不需要风电调频的时间里，风电场会放弃一部分风能，导致风电场的经济效益跌落。3.2双馈感应风力发电机超速减载控制3.2.1双馈感应风力发电机数学模型风力机从风中捕获的最大机械功率如图3-1所示，注入风力机的功率为，风力机将吸收的风功率转化为机械功率传输给发电机，计算公式(1)如下：QUOTE(3-1)图3-1风机的机械模型其中，表示风轮扫掠面积，λ表示叶尖速比，β表示桨距角，表示风速，表示风能利用系数。风能利用系数是关于桨距角QUOTE和叶尖速比的函数，函数表达式[38-40]：(3-2)式中：Rw为风力机叶轮半径（m）；ωw为风力机角速度（rad/s）；nw为风力机转速（r/min）；Vw为风速（m/s）。由图3-2可以看出，当桨距角为时，风能利用系数有最大值，当桨距角逐渐增大，风能利用系数最大值将逐渐减小。为了捕获最大风能，通常设定桨距角为。图3-2桨距角和风能利用系数的关系当风速一定，改变桨距角或转子转速可以改变风能利用系数，可以获得不同的机械功率。我们都知道要想减小风机捕获风能最好的办法就是增大桨距角，但同时却给风机本身带来了副作用，频繁的改变桨距角将给给风机造成机械磨损，减小使用寿命。本人主要研究转子超速减载控制来参与电网调频，规定桨距角不变。当桨距角一定时，风能利用系数只和叶尖速比有关，也就是转子转速。换而言之，风机输出功率只与发电机转子转速有关系。如图3-3所示，当转子转速偏离最佳转速时，风机输出的功率将减小。通常我们会控制发电机转子转速超速运行来预留一定的有功功率，而不会选择控制发电机转子转速减速运行来预留一定的有功功率，这是因为风力发电机转子转速在最佳转速左侧运行时，若系统发生微小故障，不会自动回复到稳定运行位置，而在最佳转速右侧运行时，若系统发生微小故障，发电机会自动运行到稳定位置，保持发电机正常运行。所以，为了预留一定的有功功率来让风电机组参与电网频率调节，我选择超速减载控制运行方式。图3-3桨距角为时转子转速与输出功率的关系3.2.2双馈感应风力发电机获得双向调节功率风机想获得向下调节功率很容易，增大桨距角或者调节转速来减小该风速下的风能利用系数，从而降低风机捕获的机械功率。但是，风机要想获得向上调节功率，就必须在参与电网频率调节前预留一定的有功备用，当需要调节时，改变发电机转子转速，使其回到最佳转速，随之风能利用系数也回到该风速下最大值，将预留的功率全都输送给电网，来调节电网频率使其回到工频稳定值。本文中，采用超速减载控制策略来降低风机捕获的机械功率。在使用超速减载控制策略来让风机参与电网一次调频时，不但增加了风机捕获的机械功率，还释放了储存在发电机转子中的动能。当风机在超速减载控制策略下运行时，它的运行转速要超过该风速下的最佳转速，捕获的风能也要小于最大风能跟踪运行模式下的风能，这么做是为了使风机获得了一定的向上调节功率，也就是预留了一定的有功裕度来参与电网频率调节，如图3-3所示，但是却带了一些经济上的问题。3.2.3限制向上调节功率的因素当风电机组采用最大功率跟踪运行策略时，在面对不同风速的情况下，风机都会选在该风速下的最佳转速上运行，但是在低风速时，发电机转子转速是超速运行的；在高风速时，风机不仅增加了桨距角，发电机转子转速也是超速运行的，这是因为双馈感应风力发电机的转子转速的一般运行范围在0.7~1.2pu[41-43]。如果转子转速低于规定的转速，风电机组不会并网，如果转子转速高于规定的转速，风电机组的保护装置会切机。所以风电机组采用超速减载控制策略也存在限制因素，导致风电机组预留功率也受限制。首先，让我们来分析风电机组在不同风速下的最佳转速和最大风能捕获功率。表3-1所示风电机组在不同风速下输出的最大有功功率都是不相同的（本文所采用的风机容量是1.5MW），但是风速越高，转子的最佳工作转速都会接近转子的最大转速，（本文所用风机的最大转速是1750转）表3-1所示风电机组预留的有功功率也将越来越小。当风电机组设定的预留功率为10%时，风电机组在不同风速下的实际预留情况如图3-4所示。在风速低于5m/s的时候，风电机组为了符合风电机组转子转速的运行范围，已经采用了超速减载控制策略，能预留的功率很少，就运行到之前设定的好的转速下运行。在风速5m/s~8.5m/s的区间内，风电机组采用超速减载控制策略能够达到预先设定的预留10%功率。而风速超过8.5m/s时，风电机组采用超速减载控制策略时不能够达到预先设定的预留10%功率，这是因为在这些风速下采用最大功率跟踪策略，转子转速已经接近风电机组转子转速的最大值，超速运行时很容易接近风电机组的极限转速1800转[44-48]，所以在这些风速下，风电机组很难达到设定的预留10%功率。所以限制预留功率裕度的主要因素就是转子转速的极限值。表3-1在不同风速下风电机组的最大有功输出风速（m/s）最大功率输出（kW）风机转速5151.910066277.9110417441.3112148658.7513889937.9156110128617341115001750>1115001750图3-4不同风速下风电机组的预留功率3.2.4限制向下调节功率的因素风电机组采用超速减载控制策略，转子转速升高，受到影响首当其冲的是风机捕获的机械功率将减小。当风电机组按照设定的预留功率来运行，由于受到极限转子转速的限制，最大向下调节功率也会受到限制。风电机组的向下调节电网频率的功率也是有限制的。如果风电机组的转速增加，超过最佳转速，将导致输出的有功功率减少。风电机组的转速不是可以持续增加没有界限的，在风电机组的出厂时，它的转速极限也已经被设计好。如图3-5所示，每台风机的极限转速都将对应一个最大的向下调节功率。当设计的预留功率越大，与之相对应的转速也会越大，并且接近极限转速，也会变得越小。也就是说当电力系统内，电源功率大于负荷功率，系统频率上升，这时需要减小电源功率，风机应该减少捕获的机械功率，风机转子继续加速，但是收到转子转速的限制，不能继续加速，否则保护装置将会启动，切除并网风机。图3-6所示，风机在减载10%的控制策略下运行，不同风速风机向下调节功率的百分比。图3-5风机极限转速所对应的最大向下调节功率图3-6受转子转速限制双馈风机向下调节功率图3-7是为了方便读者理解，将手转子转速限制双馈感应风力发电机向上调节功率和向下调节功率整合到一起。可以看到绿色线和红色线包括的区域就是双馈感应风力发电机双向调节功率的范围。图3-7受转子转速限制双馈风机双向调节功率曲线3.3风电机组参与频率调节的控制策略3.3.1风电机组参与频率调节的响应模型传统电网结构中，参与频率调节的通常为火电厂和水电厂，而火电厂和水电厂应用的都是同步发电机，图3-8给出了同步发发电机参与电网频率调节的控制模型。为初始负载功率波动，为负载功率波动，为电源功率波动，为负载单位调节系数，为同步发电机单位调节功率，为同步发电机调节时间常数，为电力系统频率波动，为电力系统惯性时间常数。电力系统内，电源发出的功率和负荷所需要的功率持平，系统频率就不会出现波动。当负荷增加或者减少时，电源功率和负荷功率不相等，导致电磁转矩和机械转矩不平衡，影响发电机转子转速，从而改变电力系统频率。这时，负荷功率会根据频率的波动沿着负荷曲线做出改变。同步发电机一次调频系统感应到系统频率的变化，会增加或减少输入系统的有功功率来缓解系统频率的上升或下降。图3-8同步发电机的频率响应模型随着风力发转换系统在电网电源中所占的比重越来越大，火电机组和水电机组都没有能力在调节电网频率的时候，风电厂有必要调节自身输出功率来参与到电网频率调节的过程中来。图3-9和图3-10所示为风电机组参与电网频率调节后的频率响应模型和风机输出功率控制图 。图3-9风电机组参与电网频率调节后的频率响应模型风电机组参与电网频率调节后，当系统频率发生变化，根据风电机组的单位调节功率风机功率输出的参考值会发生变化，将信号传入转子转速控制器中，将会改变风机的输出功率，变化的功率值会参与到电网频率调解中来，改善电网频率。机械功率的改变值和功率输出变化的参考值将改变风电机组的转子转速，转子转速的变化量通过转速功率曲线图就会得到功率输出的变化量。图3-10风机输出功率控制图3.3.2风电机组超速减载控制如图3-11所示，为了获得一定的功率裕度，风电机组不运行在最大功率捕获状态下（B点），而是工作在超速减载状态下（A点）。当风电机组参与到电网频率的调节过程中，通过改变有功功率输出的参考值，会增加功率输出，而且转速会从减速回到（B点）。在转子转速回归到最佳转速的过程中风电机组向电网多输出的能量分为两部分，第一部分是风电机组额外捕获的风能；第二部分是风电机组转子减速时释放的机械动能。超速减载控制能否在时间尺度上和功率幅值尺度上为电网频率调节提供一定的支撑作用，需要在仿真中验证。图3-11风机调频增加的输出功率3.4本章小结通过超速减载控制策略风电机组参与电网频率调节是可行的，让风机在正常情况下运行在超速运行状态下，就可获得一定的预留功率等待系统频率的降低。但是这种控制策略也存在一定的缺陷，高风速情况下，风机的预留功率将会减小，这是受到发电机转子的极限转速限制。不过，在中低风速下，采用这种控制策略还是能很好的改善电网频率。东北电力大学工程硕士学位论文第4章风电参与电网频率调节的仿真算例4.1风电参与电网频率调节的仿真模型介绍图4-1为风电参与电网频率调节的仿真模型，风电场的额定容量为99MW，惯性时间常数为2s；火电厂的额定容量为600MW，惯性时间常数为8.84s，工频50Hz，调差系数4%；负荷的额定容量为560MW，调差系数为1.5。表4-1风电参与电网频率调节的仿真模型数据风电场额定容量99MW惯性时间常数2s负荷额定容量560MW调差系数1．5火电厂额定容量600MW惯性时间常数8．84s工频50Hz调差系数4%换流器电阻1．57欧电容40uf图4-1风电参与电网频率调节的仿真模型4.2风电机组参与电网频率调节的仿真算例4.2.1在最大功率跟踪运行状态下风速和功率输出的仿真结果在不同风速下，风电机组捕获的最大功率是不同的。如图4-2所示的是风速和功率输出的仿真结果（仿真时长：20分钟），表4-2将数据进行整理。图4-2风速和功率输出的仿真结果表4-2风速和功率输出数据（m/s）10．025（m/s）5．307（m/s）8．0689（MW）85．54（MW）12．02（MW）46．87（MW）44（MW）-40（MW）4．64.2.2设计功率预留和实际运行功率预留的实现为风电机组设计的功率预留裕度是理想的，但是风电机组按照设计的功率预留裕度下工作，实际的预留功率会和设计的预留功率有所差别。图4-3和图4-4分别是在设定功率预留5%和10%的情况下，实际运行功率输出和设计功率输出的差别显示图。从表4-3可以看出在一些情况下，实际的运行功率裕度不能完全匹配设计的功率裕度，这是因为发电机转子转速的限制。而不能完全匹配的区域是在高风速情况下才会发生的。表4-3实际和设计功率预留的比较设计功率预留最大预留最小预留平均预留无匹配时间5%5%0．454%4．78%162．44s(13．54%)10%10%0．454%8．75%297．64s(24．8%)图4-3功率预留5%的仿真图图4-4功率预留10%的仿真图4.2.3风机超速减载示例图4-5给出了风速8m/s时，1.5MW双馈风机运行在超速减载控制策略下，预留10%的功率裕度。当其参与电网频率调节时，很多数据发生变化。图4-5风机调频增加的功率输出示例图风电机组在超速减载过程中，转速从1640转减速到1386转用时10.2s，风机捕获的机械功率也从579.2KW上升到642.1KW。风电机组输出的电磁功率有明显增幅，随着时间的变化，电磁功率曲线最终和捕获的机械功率曲线重合，如图4-6所示。在这个过程中，风电机组向电网输送的能量增加值为996.76KJ，动能占到4.77%，风机额外捕获的风能为占到95.235。图4-6风机恢复到最佳转速用时和功率输出变化风电机组在不同风速下所示放的的机械动能各不相同，表4-4将三种不同风速下风机所释放的动能进行了整理。表4-4不同风速下风机释放的动能风速（m/s）释放的能量（KJ）电磁能量（KJ）机械能量（KJ）持续时间（s）8966．76949．71（95．23%）47．57(4．77%)10．27764．48728．12(95．24%)36．36(4．76%)10．26658．75632．15(95．9%)26．6(4．1%)10．2从表中可以看出，风电机组释放的机械能在释放的总能量中比重不超过5%，而且机械能在释放的过程中持续大约10s左右。所以，当电网频率存在小的波动时，释放的机械能可以为电网提供一个短期的支撑。4.3风能利用的评估图4-7所示风电机组在无功率预留的情况下按照最大风能捕获状态运行，图4-8所示风电机组无预留功率时参与系统频调频的功率。图4-7最大功率捕获和实际风能捕获图4-8无功率预留时参与调频的功率图4-9和图4-10所示在预留功率10%的情况下，通过仿真计算，功率的实际输出曲线和最大功率捕获曲线，还有参与到调频中的功率曲线。图4-9预留10%功率时的功率曲线图图4-10预留功率10%时参与调频的功率根据图4-10所示，预留功率的增加，参与到调频中的能量没有明显增加；还有预留功率越大，损失的能量也会越多。表4-5不同控制策略风能利用的比较风机没有调频功率风机调频功率预留0预留5%预留10%最大功率（MW*h）15．62215．62215．62215．622实际功率输出（MW*h）15．62215．28115．0114．703调频功率（MW*h）000．7241．263向上调频功率（MW*h）000．345(47．6%)0．557(44．1%)向下调频功率（MW*h）00．3410．2330．213损失能量（MW*h）00．3410．6120．919从表4-6可以看出，风电机组参与到系统频率调节中来，频率的偏移减小了。而且，功率预留的越多，系统频率偏移的越小。表4-6不同控制策略频率调节的影响(HZ)(HZ)(HZ)(HZ)(HZ)无风机调频0．0714-0．08070．06110．1419-0．2041无预留0．0681-0．08070．05310．1401-0．2041预留5%0．0648-0．07220．05590．1393-0．1376预留10%0．063-0．06840．05640．1393-0．1290从表4-7可以看出，预留功率的越多，频率偏移越小，而损失的风能也越多。表4-7频率质量和风能利用的平衡风机不调频风机调频预留0预留5%预留10%平均频率下降（HZ）-0．0807-0．0807-0．0722(89．5%)-0．0684(84．7%)平均频率上升（HZ）0．06110．05310．05990．0564调频预留功率（MW*h）000．7241．263调频能量（MW*h）00．3140．5780．77损失能量（MW*h）（损失/调频）00．3410．612(1．1)0．919(1．2)4.4本章小结风电机组参与电网频率调节是可行的，并且通过超速减载控制可以对电网频率的调节起到支持作用。并且风电在电网中渗透率的逐渐升高，其有必要参与到一次调频中。在中风速下，风电机组采用超速减载控制策略，设计性价比高的功率预留裕度，对电网频率的调节的效果非常好。在考虑到风电调频的同时，风电场也在弃风，从经济性的角度考虑，这对风电场的效益很不利，应给予风电场一定的补偿或者制定调频电价。东北电力大学硕士学位论文结论本文通过目前风电对电网频率的影响，提出了相应的的解决方法，并通过仿真验证此方法的有效性和可靠性。得出以下结论：1．以往风电机组运行在最大风能捕获状态下，可提供向下的频率调节功率，无法提供向上的频率调节功率。也就是说，当系统负载减小时，风机可以通过减载减少向电网输送的有功功率；当系统负载增大时，风机却没有额外的有功功率向电网输送。通过对风力发电机转子转速的控制，风电机组可以获得双向的调节功率来参与电网的频率调节。但是受到转子极限转速的制约，在高风速下风机可以提供的向上调节功率是非常有限的。2．每台风机在出厂时，就已经对其制造规格进行严格的规定。风电机组调节电网频率，其功率预留裕度和向下的调节功率都受到转子极限转速的限制，不能一味的加速来增加功率裕度。如果超过其极限转速，风电机组将会自动启动保护措施，使风电机组脱网，防止风机因为转子转速过速造成风机损坏。3．超速减载控制策略可以使风电机组预留一定的有功功率，当其参与电网调频时，能够在短时间内提供有效的频率支撑。4．通过仿真软件PSCAD验证显示，为了调节电网频率的波动，制定的功率预留裕度越大，电网频率偏移将会越小，同时损失的风能也越多。所以功率裕度的制定一定要考虑到经济性和调频功率利用的平衡性。参考文献国家能源局．可再生能源发展“十二五”发展规划[R]．北京：国家能源局，2012．蒋佳良，晁勤，陈建伟，等．不同风电机组的频率响应特性仿真分析[J]．可再生能源，2010，28(3)：24-28．XueYingcheng，TaiNengling．Reviewofcontributiontofrequencycontrolthroughvariablespeedwindturbine[J]．RenewableEnergy，2011，36(6)：1671-1677．全国电力监管标准化技术委员会．GBT_19963-2011风电场接入电力系统技术规定[S]．北京：中国标准出版社，2011．曹张洁．双馈感应发电机组参与系统一次调频的控制策略研究[D]．成都：西南交通大学，2009．李立成，叶林．变风速下永磁直驱风电机组频率–转速协调控制策略[J]．电力系统自动化，2011，35(17)：26-31．杜朝辉，胡丹梅．风力发电的历史、现状与现状[J]．电气技术，2004(10)：5-13．林宗虎．风能及其利用[J]．自然杂志，2008，30(10)：309-314．许洪华，倪受元．独立运行风电机组的最佳叶尖速比控制[J]．太阳能学报，1998，19(1)：30-35．叶杭治．风力发电机机组的控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2002．杨金明，吴捷，杨俊华，等．风力发电技术探讨[J]．太阳能，2003，(3)：13-15．刘其辉，贺益康，赵仁德．变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制[J]．电力系统自动化，2003(20)．MauricioJM，MaranoA，Gomez-ExpositoA，etal．Frequencyregulationcontributionthroughvariable-speedwindenergyconversionsystems[J]．IEEETrans．onPowerSystems，2009，24(1)：173-180．YeW，DelilleGr，HermanB，etal．Highwindpowerpenetrationinisolatedpowersystems-assessmentofwindinertialandprimaryfrequencyresponses[J]．IEEETrans．onPowerSystems，2013，28（3）：1-9．中华人民共和国国家技术监督局．GB/T19963-2011．中华人民共和国国家标准-风电场接入电力系统技术规定[M]．北京:中国出版社,2012:65-72赵国材，周前程．风能变换系统在电网频率调节中的应用[J]．仿真计算机系统应用，2012，21(6)：101-105．曹军，王虹富，邱家驹．变速恒频双馈风电机组频率控制策略[J]．电力系统自动化，2009，33(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