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文檔簡介
1、基于分頻原理和區(qū)域控制的風儲火聯(lián)合調頻策略基于分頻原理和區(qū)域控制的風儲火聯(lián)合調頻策略曲彤,蘇小林,閻曉霞,譚逸雪(山西大學電力工程系,太原030013)摘要:為解決大規(guī)模風電并網(wǎng)帶來的系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定問題,在分析儲能系統(tǒng)、風電機組、火電機組調頻特性的基礎上,提出了風儲火聯(lián)合調頻策略。在一次調頻中,以所提出的分頻系統(tǒng)自動確定風儲火的有功出力,提高了系統(tǒng)調頻速度和調頻質量。二次調頻是在考慮一次調頻容量的需求條件下,提出了計及機組備用大小、經濟
2、性、安全性、區(qū)域控制要求的聯(lián)合調頻策略,減輕了火電機組調頻負擔,提高了系統(tǒng)的頻率調整速度和頻率穩(wěn)定性。通過仿真試驗分析,結果表明所提出的聯(lián)合調頻策略較傳統(tǒng)調頻方式更適合于高風電滲透率的電力系統(tǒng)調頻。關鍵詞:雙饋型風力發(fā)電機;電池儲能系統(tǒng);頻率穩(wěn)定性;一次調頻;二次調頻中圖分類號:TM93文獻標識碼:A文章編號:10011390(2018)00000000Frequencycombinationadjustmentmodulationst
3、rategyofwindpowerenergystagethermalpowerunitsystembasedonfrequencydivisionregionalcontrolprincipleQuTongSuXiaolinYanXiaoxiaTanYixue((DepartmentofElectricalEngineeringShanxiUniversityTaiyuan030013China))Abstract:Indertoso
4、lvetheproblemofsystemfrequencyinstabilitycausedbylargescalewindpowergridconnectionbasedontheanalysisofenergystagesystemwindturbinethermalpowerunitfrequencymodulationacteristicsthispaperputsfwardafrequencycombinationmodul
5、ationstrategyofthecombinedsystem.Intheprimaryfrequencymodulationtheactivepoweroutputofeachsourceisdeterminedbytheproposedfrequencydivisionsystembythiswaythefrequencymodulationspeedqualityofthesystemareimproved.Secondaryf
6、requencymodulationbasedonthecapacitydemofprimaryfrequencymodulationacombinedfrequencymodulationstrategyisproposedacombinedfrequencymodulationstrategyconsiderringthereservesizeofeachuniteconomicsafetyregionalcontrolrequir
7、ementssoastoreducetheburdenofthermalpowerunitoffrequencymodulationimprovedthefrequencyadjustingspeedstabilityofthesystem.Thesimulationresultsshowthattheproposedcombinedfrequencymodulationstrategyismesuitablefpowersystemf
8、requencymodulationwithhighwindpowerpermeabilitythanthetraditionalfrequencymodulationmethod.Keywds:doublyfedwindgeneratbatteryenergystagesystemfrequencystabilityprimaryfrequencymodulationsecondaryfrequencymodulation0引言并網(wǎng)型
9、風力發(fā)電因間歇性、波動性、隨機性和不確定性,給電力系統(tǒng)安全優(yōu)質運行帶來諸多問題,尤其是在高風電滲透率下,電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題更為突出。在以火電為主的電力系統(tǒng)中,火電機組有功功率調整是電力系統(tǒng)調頻的基本手段。但在高風電滲透率下,僅依靠改進火電機組調頻方式[12],在調頻速度和調頻容量上將受到限制。通過對風電機組進行有效控制,可實現(xiàn)電力系統(tǒng)輔助調頻[35]。例如,文獻[6]提出按次優(yōu)功率點運行,風電機組參與電力系統(tǒng)調頻,可減少傳統(tǒng)機組的調
10、頻負擔,提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。但同時,風電參與調頻可能會帶來頻率的二次跌落。利用儲能輔助電力系統(tǒng)調頻frequencymodulation1.2電池儲能系統(tǒng)調頻電池儲能系統(tǒng)(BESS)因其響應速度快、能量密度高、功率和容量配置靈活、適用范圍廣等優(yōu)點,適用于電力系統(tǒng)頻率的快速調整。BESS包括儲能單元、電池管理系統(tǒng)、電壓源型換流器(VSC)和LC濾波單元等。儲能電池與電網(wǎng)之間的能量雙向流動是通過VSC實現(xiàn)的。VSC控制單元框圖如圖3所示,
11、內環(huán)采用電流解耦控制,外環(huán)采用PI控制。儲能系統(tǒng)附加頻率響應單元,通過下垂控制將系統(tǒng)頻率偏差轉變?yōu)閮δ芟到y(tǒng)的有功功率參考值。當系統(tǒng)頻率處于正常范圍時,BESS不與系統(tǒng)發(fā)生有功功率交換。當頻率發(fā)生偏差時,BESS可以快速向系統(tǒng)釋放或吸收有功功率,為系統(tǒng)提供頻率支撐。下垂控制得到的儲能系統(tǒng)有功出力參考值為fKP??bref(3)式中為實際測量得到的系統(tǒng)頻率偏差值;f?為下垂控制系數(shù),。bK0b?K+-PIωL++-PI+ii=0iiu--+
12、u++-PIPPPWMdqabcVSCωLrefdqd_refq_refdqb圖3儲能系統(tǒng)控制框圖Fig.3Controlblockdiagramofenergystagesystem1Ts1P(s)?fKP(s)refbbb圖4采用下垂控制的儲能系統(tǒng)等效模型Fig.4TheeEquivalentmodelofenergystagesystemwithdroopcontrol圖4所示為儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調頻的等效模型。儲能系統(tǒng)用一個一階慣
13、性環(huán)節(jié)表示,表示儲能電bT池在響應系統(tǒng)變化時的時間延遲效應,為儲??sPb能系統(tǒng)有功出力值。2風、儲、火調頻性能比較風、儲、火在電力系統(tǒng)調頻性能上具有不同特性。從響應速度方面比較,火電機組具有較大的慣性[17],爬坡速率慢,在系統(tǒng)頻率跌落后需要較長的時間才能達到穩(wěn)定的有功輸出增發(fā);風機單機容量小、慣性時間常數(shù)小,可以較快地改變輸出有功功率;儲能系統(tǒng)響應速度最快,可以根據(jù)系統(tǒng)頻率變化迅速釋放或吸收有功功率。三者在調頻響應速度方面的對比如表
14、1所列。表1火電機組、風電機組、電池儲能系統(tǒng)頻率響應速度對比Tab.1Comparisonoffrequencyresponsespeedofthermalpowerunitwindpowerunitbatteryenergystagesystem火電機組風電機組電池儲能系統(tǒng)響應速度響應時間3s;30s內可調節(jié)調頻負荷90%;穩(wěn)定時間60s響應時間≤3s;12s內可調節(jié)調頻負荷90%;穩(wěn)定時間30s響應時間1s;1.2s內可調節(jié)調頻負荷
15、90%;穩(wěn)定時間3s從調頻容量方面比較,電池儲能系統(tǒng)因成本、壽命、環(huán)境和充放電深度等因素限制,安裝容量相對較小,調頻能力有限,且為防止儲能過充或過放,時刻儲能系統(tǒng)輸出功率將受到限制。風電機組tbP通過設置頻率響應模塊和減載運行,可以參與系統(tǒng)頻率調節(jié),為避免大幅度減載造成風能浪費,風電機組通常采用減載10%運行,其有功備用容量也是有限的。相對而言,火電機組的調頻容量最大。3風儲火聯(lián)合調頻策略在風電高滲透的電力系統(tǒng)中,充分利用儲能系統(tǒng)和風電
16、機組,與火電機組聯(lián)合調頻,通過優(yōu)化調頻策略,能改善調頻質量和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。3.1一次調頻策略在一次調頻中,本文基于分頻器原理,將電網(wǎng)的頻率偏差進行分頻,以決策風、儲、火的有功出力。分頻器如圖5所示,它包含沖式濾波器(WashoutFilter)和分頻濾波器。Washout濾波器是一個一階高通濾波器,用于提取暫態(tài)分量,去除穩(wěn)態(tài)量和直流分量,只反映動態(tài)的頻率變化。分頻濾波器是通過設置不同時間常數(shù)的低通濾波器實現(xiàn),以提取動態(tài)變化頻率的高、中
17、、低頻率部分,將頻率偏差變化最快的部分可分配給儲能系統(tǒng)調節(jié),最慢的部分分配給火電機組調節(jié)。-+-1Ts1+sTTs11Ts1+-++?f?f?f1?f2?f火?f“?f風?f儲FF1F2WWW12圖5分頻器原理Fig.5ThepPrincipleoffrequencydividerdivisonWashout濾波器和分頻濾波器的傳遞函數(shù)分別為??1sWWW??sTsTH(4)??11s??sTH(5)式中是Washout濾波器的時間常數(shù)
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