風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)分析及控制策略研究.pdf

1、頻率穩(wěn)定是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要組成部分，頻率作為交流電力系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)，反映了有功發(fā)電與負(fù)荷的平衡情況。對于傳統(tǒng)互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)，有功備用充足，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，系統(tǒng)一般能夠保證頻率穩(wěn)定。但是，隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，特別是風(fēng)電等新型能源的不斷并網(wǎng)，大大增加了系統(tǒng)的非線性程度和不確定性，很可能發(fā)生頻率失穩(wěn)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　風(fēng)能作為新型可再生能源，越來越受到世界各國的重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也隨之得到迅猛發(fā)展

2、，風(fēng)力發(fā)電已成為除水力發(fā)電以外最成熟、最現(xiàn)實(shí)的一種清潔的再生能源，在世界范圍內(nèi)得到格外的青睞及迅速的發(fā)展。但是，風(fēng)力發(fā)電具有極大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量的不斷增加，風(fēng)電場注入電網(wǎng)功率的隨機(jī)波動(dòng)對電網(wǎng)頻率的影響也愈加顯著。目前，對于風(fēng)電并網(wǎng)問題的研究大多集中在風(fēng)電功率預(yù)測、并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性等方面，而針對風(fēng)電并網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題的研究還相對比較薄弱。因此，為了保證風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率安全，本文深入分析風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題，提出了風(fēng)

3、電并網(wǎng)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析方法，并對適用于風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定控制策略進(jìn)行了研究。
　　風(fēng)能的隨機(jī)性和波動(dòng)性是風(fēng)電場并網(wǎng)控制的難點(diǎn)，隨著風(fēng)電場并網(wǎng)容量的增加，當(dāng)發(fā)生大量風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故時(shí)，勢必會影響到系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，掌握風(fēng)電場并網(wǎng)后系統(tǒng)頻率的變化趨勢對于系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制具有重要作用。本文針對穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)，首先提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)頻率偏移評估方法。利用改進(jìn)的彈性反向算法，有效避免了訓(xùn)練過程中陷入局部

4、極小值問題，大大提高了收斂速度。該方法能夠正確地反映不同風(fēng)電場結(jié)構(gòu)對應(yīng)的頻率變化規(guī)律，對于系統(tǒng)頻率波動(dòng)情況進(jìn)行評估，為系統(tǒng)運(yùn)行者提供制定頻率控制策略的依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。
　　考慮到風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，為了簡化計(jì)算量，忽略無功-電壓動(dòng)態(tài)變化，本文建立了基于直流潮流的頻率響應(yīng)模型，分析并網(wǎng)系統(tǒng)有功-頻率動(dòng)態(tài)情況。利用直流潮流計(jì)算結(jié)果，構(gòu)建自適應(yīng)模糊邏輯推理系統(tǒng)，使模糊邏輯系統(tǒng)推理結(jié)果不斷地逼近并網(wǎng)風(fēng)電場的頻率響應(yīng)，使其能夠根據(jù)輸

5、入變量，實(shí)時(shí)計(jì)算并網(wǎng)風(fēng)電場頻率響應(yīng)。仿真結(jié)果表明，模糊邏輯推理系統(tǒng)能夠正確反映并網(wǎng)系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)電場實(shí)時(shí)頻率響應(yīng)，能夠較好地評估并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。
　　隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量的不斷增加，風(fēng)電場參與系統(tǒng)的頻率控制是未來發(fā)展的必然趨勢。并網(wǎng)風(fēng)電場的頻率控制與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組有所不同，風(fēng)電場出力受風(fēng)速影響具有一定的隨機(jī)性和波動(dòng)性，傳統(tǒng)同步電機(jī)所采用的定值控制策略并不適用于風(fēng)電機(jī)組的頻率控制。本文根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力模型，提出了基于風(fēng)速

6、變化的風(fēng)電場等值下垂控制系數(shù)概率模型。利用半不變量的可加性，運(yùn)算得出隨機(jī)變量的數(shù)字特征，通過 Gram-Charlie級數(shù)展開的方法計(jì)算其概率密度函數(shù)。通過對并網(wǎng) IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果表明采用下垂控制系數(shù)概率模型能夠反映其隨機(jī)變化特性，風(fēng)電場調(diào)頻能力受風(fēng)電場隨機(jī)出力的影響，驗(yàn)證了概率模型的正確性，為風(fēng)電場參與系統(tǒng)頻率控制提供了一定的理論依據(jù)。
　　當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)具有較高的風(fēng)電滲透率時(shí)，風(fēng)電場等效慣性時(shí)間常數(shù)對于

7、并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性的影響將不容忽視。本文針對風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)變化的頻率響應(yīng)特性，進(jìn)一步提出了風(fēng)電場-儲能系統(tǒng)聯(lián)合頻率控制策略。儲能系統(tǒng)既能較好地平抑風(fēng)電場有功功率的波動(dòng)，又能為風(fēng)電場參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻提供充足的有功備用。算例結(jié)果分析表明，風(fēng)電場-儲能系統(tǒng)頻率控制策略能夠快速響應(yīng)風(fēng)電場出力的隨機(jī)變化特性，有效平抑并網(wǎng)風(fēng)電場功率波動(dòng)，根據(jù)實(shí)時(shí)變化的頻率響應(yīng)特性，為風(fēng)電場參與系統(tǒng)頻率控制提供有功支持，有效地改善了風(fēng)電場參與系統(tǒng)頻率調(diào)整的