基于有功備用的風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻能力及調(diào)頻效果分析

李生虎，朱國(guó)偉

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，安徽合肥230009)

基于有功備用的風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻能力及調(diào)頻效果分析

李生虎，朱國(guó)偉

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，安徽合肥230009)

變速風(fēng)電機(jī)組采用超速和變槳調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)有功備用，通過下垂控制增發(fā)有功出力，可參與電網(wǎng)一次調(diào)頻?；陲L(fēng)機(jī)出力對(duì)頻率變化的增量，定義有無(wú)風(fēng)電調(diào)頻下的穩(wěn)態(tài)頻率偏移之差，以量化風(fēng)電機(jī)組對(duì)減小頻率偏移的貢獻(xiàn)。發(fā)現(xiàn)風(fēng)電調(diào)頻能力與風(fēng)電容量比例、風(fēng)能大小、減載水平有關(guān)，調(diào)頻效果與同步機(jī)組頻率響應(yīng)特性和電網(wǎng)負(fù)荷增量有關(guān)，確定了充分利用風(fēng)電備用容量的負(fù)荷臨界增量。穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果驗(yàn)證了不同風(fēng)速下有功備用風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)高風(fēng)速下風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)過渡過程要比中低風(fēng)速時(shí)快速。

一次調(diào)頻;頻率偏移;有功備用;變速風(fēng)電機(jī)組;風(fēng)電系統(tǒng)

1 引言

風(fēng)電功率波動(dòng)影響電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定［1］。隨著風(fēng)電容量增加，除了保證在故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組及電網(wǎng)安全［2-4］，也有必要使風(fēng)電機(jī)組儲(chǔ)備有功備用容量，協(xié)助電網(wǎng)頻率調(diào)整［5］。

變速風(fēng)電機(jī)組(雙饋式和直驅(qū)式)的調(diào)頻技術(shù)包括模擬慣量控制、下垂控制和協(xié)調(diào)控制［6］。模擬慣量控制在頻率變化時(shí)釋放/儲(chǔ)存轉(zhuǎn)子動(dòng)能，以降低頻率偏移和最低頻率點(diǎn)［7］，下垂控制依據(jù)頻率變化調(diào)整風(fēng)電機(jī)組有功出力。兩者均模擬了同步機(jī)組頻率響應(yīng)特性［8］，但前者只能提供暫態(tài)頻率支持，對(duì)穩(wěn)態(tài)頻率偏移無(wú)貢獻(xiàn)。后者可調(diào)用機(jī)組有功備用容量，支持電網(wǎng)一次甚至二次調(diào)頻［9］，對(duì)減小頻率穩(wěn)態(tài)下降有積極貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)［10］提出的控制方案能有效施行，但非常依靠槳距角調(diào)節(jié)，機(jī)械磨損較大。文獻(xiàn)［11］劃分出不同風(fēng)速模式，在低風(fēng)速下使用超速控制，中風(fēng)速下協(xié)同使用槳距角和超速控制，高風(fēng)速時(shí)單獨(dú)使用槳距角控制，有利于降低機(jī)械磨損，因此較為實(shí)用。

風(fēng)電系統(tǒng)頻率控制方案設(shè)計(jì)的前提，是定量分析風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻能力。文獻(xiàn)［12］應(yīng)用平均系統(tǒng)頻率模型，推導(dǎo)了多機(jī)系統(tǒng)中風(fēng)電采用模擬慣量和阻尼控制時(shí)頻率最低點(diǎn)的解析表達(dá)，分析了虛擬慣量和阻尼系數(shù)對(duì)頻率最低值的提升作用。文獻(xiàn)［13］使風(fēng)電機(jī)組在參與調(diào)頻時(shí)輸出一個(gè)暫時(shí)性的恒定功率增量，并量化分析了此功率增量對(duì)應(yīng)的等效慣性時(shí)間常數(shù)。文獻(xiàn)［14］給出了風(fēng)電機(jī)組使用慣量控制時(shí)，在調(diào)頻過程中有功增量與調(diào)頻可持續(xù)時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。風(fēng)電機(jī)組通過減載運(yùn)行參與頻率調(diào)整時(shí)，對(duì)減小系統(tǒng)頻率偏移有著重要的貢獻(xiàn)，而現(xiàn)有文獻(xiàn)中未見相關(guān)定量分析的報(bào)道，因此有必要進(jìn)一步探討。

本文針對(duì)基于超速和變槳控制的風(fēng)電調(diào)頻策略，以有無(wú)風(fēng)電調(diào)頻兩種情況下的穩(wěn)態(tài)頻率偏移之差為切入點(diǎn)，在風(fēng)電有功備用容量的約束下，量化風(fēng)電對(duì)于減小穩(wěn)態(tài)頻率偏移的貢獻(xiàn)。進(jìn)一步分析風(fēng)電有效參與調(diào)頻與電網(wǎng)負(fù)荷變化量的關(guān)系，確定風(fēng)電能夠提供最大頻率支撐能力時(shí)對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)負(fù)荷臨界變化量。

2 超速和變槳的控制策略

2.1 風(fēng)機(jī)的減載運(yùn)行

下垂控制需要有功備用［15］，即風(fēng)電機(jī)組需減載運(yùn)行。如圖1所示，當(dāng)以恒定百分比減載時(shí)，風(fēng)電機(jī)組沿曲線DEC運(yùn)行［9］。與之相對(duì)應(yīng)，在最大功率追蹤(MPPT)方式下，沿曲線BAC運(yùn)行。

圖1 風(fēng)機(jī)捕捉功率與轉(zhuǎn)速曲線Fig．1 Curves of power versus rotor speed of wind turbines

沿DE段運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電機(jī)組僅依靠轉(zhuǎn)子超速就能實(shí)現(xiàn)設(shè)定減載水平，槳距角保持在最小值(0°)，且此時(shí)E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為vlm。在EA1段，由于轉(zhuǎn)速已達(dá)上限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期減載水平，需要依靠槳距角控制(如圖2所示)進(jìn)一步限制功率［11］。當(dāng)運(yùn)行在A1點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)風(fēng)速為vmh，這時(shí)最優(yōu)轉(zhuǎn)速恰好為轉(zhuǎn)速上限。運(yùn)行在A1C段時(shí)，轉(zhuǎn)子超速已無(wú)法實(shí)現(xiàn)減載，只能依靠槳距角實(shí)現(xiàn)恒定減載。

圖2 槳距角控制框圖Fig．2 Pitch angle control

圖2中ωt和ωref為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及其參考值，β和βref為槳距角及其參考值，kp和ki為PI控制參數(shù)，Ts為伺服時(shí)間常數(shù)，s為拉普拉斯算子。

2.2 各風(fēng)速段下的調(diào)頻控制策略

變速風(fēng)電機(jī)組根據(jù)有功參考值Pref，通過電力電子變流器快速增發(fā)有功，在利用有功備用的同時(shí)釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能，有助于擾動(dòng)后電網(wǎng)頻率恢復(fù)。

當(dāng)電網(wǎng)頻率變化Δf時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可以通過下垂控制增發(fā)有功ΔP，得到有功參考值Pref為:

式中，Rw為下垂系數(shù);Pdel為減載運(yùn)行時(shí)的有功出力;kdel表示減載水平;Popt為相應(yīng)風(fēng)速下的最優(yōu)捕獲風(fēng)功率。

文獻(xiàn)［11］提出，針對(duì)不同風(fēng)速段，可采用相應(yīng)的控制策略:

(1)低風(fēng)速段(vw≤vlm):電網(wǎng)頻率下降時(shí)，可由Pref計(jì)算出對(duì)應(yīng)的參考轉(zhuǎn)速ωref，控制轉(zhuǎn)子減速增大捕獲風(fēng)能。

(2)中風(fēng)速段(vlm≤vw≤vmh):槳距角與超速控制同時(shí)起作用，因此參考轉(zhuǎn)速可按式(2)獲得［11］:

式中，ωopt為相應(yīng)風(fēng)速下最優(yōu)轉(zhuǎn)速;ωmax為轉(zhuǎn)速上限。

(3)高風(fēng)速段(vw≥vmh):由于轉(zhuǎn)速達(dá)到上限ωmax，僅能依靠槳距角調(diào)節(jié)有功輸出。此時(shí)轉(zhuǎn)速參考值ωref保持為ωmax不變。

3 用于頻率分析的電網(wǎng)機(jī)組模型

如圖3所示，平均系統(tǒng)頻率模型將發(fā)電機(jī)組的有功出力通過等值轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程聯(lián)系在一起。H∑為同步機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)總和;D表征負(fù)荷頻率恢復(fù)特性;ΔPm為同步發(fā)電機(jī)組的增發(fā)有功出力; ΔPwf為風(fēng)電機(jī)組增發(fā)有功出力;ΔPL為有功負(fù)荷變化量;Kw為容量折算系數(shù)。

圖3 包含風(fēng)電的平均系統(tǒng)頻率模型Fig．3 Average system frequency incorporating wind power

火電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖4所示［12］，Rm為下垂系數(shù);Tg、Tch分別為各自一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù);ΔG為蒸汽閥門位置;Tr為再熱時(shí)間常數(shù); Fhp為功率系數(shù)，越小則調(diào)速動(dòng)作越慢。

圖4 火電機(jī)組原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)Fig．4 Governor system of thermal unit

4 風(fēng)電對(duì)于減小穩(wěn)態(tài)頻率偏移的貢獻(xiàn)分析

減載運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)，其對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)取決于機(jī)組有功備用容量。該備用容量與風(fēng)機(jī)捕獲風(fēng)能大小、可用風(fēng)電容量、減載水平等有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)遭受不同程度的頻率沖擊時(shí)，風(fēng)電對(duì)于電網(wǎng)頻率的提升作用不同。

設(shè)系統(tǒng)中出現(xiàn)大小為ΔPL的有功缺額，由圖3可得頻率恢復(fù)穩(wěn)態(tài)時(shí)，有:

式中，火電機(jī)組的有功出力增量ΔPm為:

風(fēng)電機(jī)組的增發(fā)有功ΔPwf與其最大有功備用余量有關(guān)，有如下關(guān)系:

當(dāng)ΔPwf處于風(fēng)電機(jī)組有功備用余量可調(diào)用的范圍內(nèi)，這時(shí)風(fēng)電機(jī)組能夠有效地參與調(diào)頻;否則釋放全部有功備用后，不再繼續(xù)參與頻率調(diào)整，無(wú)法阻止頻率繼續(xù)跌落。

定義風(fēng)電機(jī)組能夠有效應(yīng)對(duì)的最大穩(wěn)態(tài)頻率偏移量為|Δf|max，則:

式中，風(fēng)速vw下的最大捕獲風(fēng)功率標(biāo)幺值Popt(vw)可進(jìn)一步表達(dá)為:

式中，系數(shù)k0可以寫成以下形式:

式中，ρ為空氣密度;A為風(fēng)輪葉片掃過的面積;PN為風(fēng)電機(jī)組額定功率;Cpmax為最大風(fēng)能捕獲系數(shù)。于是|Δf|max可以由式(6)～式(8)表達(dá)為:

值得說明的是，由于最大功率跟蹤曲線的轉(zhuǎn)速恒定區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)速區(qū)間很窄，因此在式(9)對(duì)頻率變化的估計(jì)中忽略了這一部分的影響。由式(9)可知，|Δf|max與風(fēng)機(jī)的減載水平kdel和選取的下垂系數(shù)Rw有關(guān)，當(dāng)風(fēng)機(jī)可捕獲的最大功率小于額定功率PN時(shí)還與風(fēng)速vw有關(guān)。

由于負(fù)荷增加ΔPL導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)頻率偏移量大小記為|Δf1|，而風(fēng)電不參與調(diào)頻時(shí)，相應(yīng)頻率偏移記為|Δf0|。定義兩者之差為

|Δf10|反映了風(fēng)電調(diào)頻對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的提升作用。下面給出|Δf1|和|Δf0|的具體表達(dá)形式。當(dāng)|Δf1|≤|Δf|max時(shí)，由式(3)～式(5)得到:

當(dāng)|Δf1|＞|Δf|max時(shí)，得到:

對(duì)于|Δf0|則有:

由式(11)～式(13)可以得到ΔPL與Δf的關(guān)系如圖5所示，其中slope為斜率。對(duì)應(yīng)|Δf|max，存在臨界負(fù)荷變化量ΔPL0，使得當(dāng)ΔPL≤ΔPL0時(shí)，|Δf10|隨著ΔPL的增大而增大，說明風(fēng)電調(diào)頻對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率的提升更加明顯;而當(dāng)ΔPL＞ΔPL0時(shí)，|Δf10|為一定值，與ΔPL的大小無(wú)關(guān)，說明風(fēng)電調(diào)頻對(duì)于頻率提升的作用已經(jīng)飽和。

圖5 ΔPL與Δf的變化關(guān)系Fig．5 Relations between ΔPLand ΔfV

由式(6)和式(11)可得ΔPL0的表達(dá)式為:

風(fēng)電調(diào)頻對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的最大提升為:

式(15)進(jìn)一步化簡(jiǎn)為:

綜合式(14)、式(16)來(lái)看，與火電機(jī)組具有充足旋轉(zhuǎn)備用不同，風(fēng)電機(jī)組有功備用容量有限，這成為制約其一次調(diào)頻能力的主要因素，但現(xiàn)有文獻(xiàn)缺少該方面的定量分析。式(14)給出了電網(wǎng)負(fù)荷增量與風(fēng)電調(diào)頻能力之間的關(guān)聯(lián)，即當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)(如減載水平kdel、風(fēng)能大小)和控制參數(shù)(如下垂系數(shù)Rw)確定時(shí)，超出臨界負(fù)荷變化量將會(huì)使用全部的風(fēng)電有功備用。式(16)進(jìn)一步說明，評(píng)估風(fēng)電調(diào)頻效果不是直接考察穩(wěn)態(tài)頻率偏移的絕對(duì)值，而是應(yīng)關(guān)注于風(fēng)電參與調(diào)頻帶來(lái)的最大頻率提升值，后者更具一般意義。

5 算例分析

5.1 量化風(fēng)電對(duì)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)

給定風(fēng)電機(jī)組下垂系數(shù)Rw為0.05，風(fēng)電容量比例Kw為0.4，即可算出不同風(fēng)速下ΔPL0和|Δf10|max，結(jié)果如表1所示。本文5.2節(jié)將以表1中計(jì)算出的臨界負(fù)荷變化量為參考，設(shè)置合適的負(fù)荷變化量進(jìn)行仿真分析。

表1 各風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的ΔPL0和|Δf10|maxTab．1 ΔPL0and|Δf10|maxunder different wind speeds

5.2 不同風(fēng)速下風(fēng)電調(diào)頻效果分析

以下給出動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，以驗(yàn)證第4節(jié)穩(wěn)態(tài)調(diào)頻算法的正確性。設(shè)風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，在t=0.5s時(shí)刻負(fù)荷突然增大，變化量為ΔPL=0.05pu(中低風(fēng)速段)或0.10pu(高風(fēng)速段)。

(1)低風(fēng)速

取vw=6m/s，圖6(a)給出風(fēng)電調(diào)頻效果，風(fēng)電參與調(diào)頻更加明顯地提升電網(wǎng)(Fhp=0.3)頻率最低點(diǎn)。

圖6(b)反映了調(diào)頻過程中風(fēng)電機(jī)組輸向電網(wǎng)有功和捕獲風(fēng)功率的變化。由于低風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組捕獲的風(fēng)能較小，因此在相同的減載水平下?lián)碛懈俚挠泄溆?。?dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子需要依靠電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩之間較小的轉(zhuǎn)矩不平衡量來(lái)驅(qū)使轉(zhuǎn)速降低，整個(gè)過程近似一階慣性響應(yīng)，沒有超調(diào)但是需要較長(zhǎng)的時(shí)間過渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。從表1可以看出，風(fēng)電機(jī)組有效參與調(diào)頻時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界負(fù)荷變化量為0.023pu，小于仿真中的0.05pu，因此機(jī)組使用了全部的減載有功備用，使穩(wěn)態(tài)頻率偏移提升了0.015Hz。

(2)中風(fēng)速

取vw=9m/s，如圖7(a)和圖7(b)所示，與低風(fēng)速時(shí)相比，在相同負(fù)荷變化量下穩(wěn)態(tài)頻率偏移提升了0.03Hz左右，同時(shí)風(fēng)機(jī)還留有部分備用可以進(jìn)一步參加二次調(diào)頻。

圖7(c)和圖7(d)分別表現(xiàn)了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和槳距角的變化情況。當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，希望通過立即降低轉(zhuǎn)速和槳距角來(lái)最大程度地釋放風(fēng)電機(jī)組的有功備用，而從轉(zhuǎn)速控制(式(2))和變槳控制(圖2)來(lái)看，參考轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致槳距角PI控制器產(chǎn)生一個(gè)正值的輸入信號(hào)，導(dǎo)致槳距角參考值增大。因此槳距角首先會(huì)增大，與期望的動(dòng)作方向相反，這樣延長(zhǎng)了過渡所需要的時(shí)間，槳距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在經(jīng)歷了超調(diào)后逐漸恢復(fù)穩(wěn)定。

圖6 低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)電調(diào)頻效果Fig．6 Frequency regulation with low wind speed

(3)高風(fēng)速

取vw=15m/s，結(jié)果如圖8所示，此時(shí)風(fēng)電參與調(diào)頻使電網(wǎng)能夠應(yīng)對(duì)更大的有功不平衡量。如圖8 (a)所示，在負(fù)荷增加0.10 pu時(shí)穩(wěn)態(tài)頻率偏移提升0.07Hz左右。對(duì)調(diào)速相對(duì)較慢的電網(wǎng)，頻率最低點(diǎn)提升達(dá)240mHz，且在調(diào)頻過程中風(fēng)電機(jī)組暫時(shí)性地使用了全部的有功備用，如圖8(b)所示。

圖8(c)和圖8(d)反映了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和槳距角的變化情況。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變槳響應(yīng)時(shí)間從0.5s增大至1.5s，其他參數(shù)保持不變時(shí)，動(dòng)態(tài)過程出現(xiàn)振蕩，但是如果槳距角PI參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，相對(duì)充足的有功備用能夠通過快速變槳控制被迅速地釋放出來(lái)，因而動(dòng)態(tài)過程仍比中低風(fēng)速下要快很多。

6 結(jié)論

本文研究了減載運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組通過超速和變槳控制參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的特性，量化其調(diào)頻能力和調(diào)頻效果，得到以下結(jié)論:

(1)相對(duì)于直接考察風(fēng)電參與調(diào)頻時(shí)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)頻率偏移，有無(wú)風(fēng)電調(diào)頻兩種情況下的穩(wěn)態(tài)頻率偏移之差更能反映風(fēng)電對(duì)于頻率調(diào)整的貢獻(xiàn)。

(2)考慮風(fēng)電實(shí)際具有的有功備用容量大小，風(fēng)電只能在一定范圍內(nèi)有效參與調(diào)頻。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到某一臨界變化量時(shí)，風(fēng)電能提供最大程度的有效頻率支撐作用。

(3)在風(fēng)電參與調(diào)頻過程中，高風(fēng)速下僅依靠槳距角調(diào)節(jié)有功出力，風(fēng)機(jī)能很快過渡到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn);中風(fēng)速下由于同時(shí)控制轉(zhuǎn)速和槳距角，動(dòng)態(tài)過渡過程較長(zhǎng);低風(fēng)速下作用在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩不平衡量很小，因此也需要較長(zhǎng)時(shí)間過渡到新的平衡點(diǎn)。

圖7 中風(fēng)速時(shí)的風(fēng)電調(diào)頻效果Fig．7 Frequency regulation with medium wind speed

圖8 高風(fēng)速時(shí)的風(fēng)電調(diào)頻效果Fig．8 Frequency regulation with high wind speed

附錄:

(1)風(fēng)力機(jī)數(shù)據(jù):額定容量PN=2MW;空氣密度ρ=1.225kg/m3;風(fēng)輪半徑為39.8m;風(fēng)輪基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為 1.6978 rad/s;慣性時(shí)間常數(shù)為 2s;Cpmax= 0.48。

(2)槳距角控制數(shù)據(jù):槳距角變化率范圍為±5°/s;槳距角啟動(dòng)范圍為0～27°;伺服時(shí)間常數(shù)為0.5s;PI控制參數(shù)為kp=100，ki=40/s。

(3)火電機(jī)組數(shù)據(jù):額定容量為5MW;原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)Tg=0.1s，Tch=0.25s，Tr=5s;功率系數(shù)Fhp=1;下垂系數(shù)Rm=0.05;慣性時(shí)間常數(shù)3s。

(4)其他:系統(tǒng)基準(zhǔn)容量(與火電機(jī)組額定容量相同)為5MW;負(fù)荷頻率恢復(fù)特性系數(shù)D=0.8;風(fēng)電機(jī)組的功率轉(zhuǎn)換系數(shù)Kw=2MW/5MW=0.4;下垂系數(shù)Rw=0.05。

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(，cont．on p.50)(，cont．from p.33)

Capability and effect of primary frequency regulation by wind turbine generators with active power reserve

LI Sheng-hu，ZHU Guo-wei
(School of Electrical Engineering and Automation，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

Variable-speed wind turbine generators may operate with active power reserve by overspeed and pitch angle control，thus it is possible to participate in primary frequency regulation following droop control．Based on active output increment of the wind turbines，difference between steady-state frequency deviations without and with wind power frequency regulation is defined to quantify contribution of the wind turbine generators to decrease frequency deviation．It is found that the frequency regulation capability is decided by the wind power penetration，the captured wind power and the deloading level，while the regulation effect is decided by the frequency response of the synchronous generators as well as the load increment of the power systems．The critical load increment fully utilizing the active power reserve of the wind turbines is determined．The steady-state and the dynamic simulations verify frequency regulation effect under different wind speeds，and show that the dynamic process under high wind speed is quicker than those under medium or low wind speeds．

primary frequency regulation;frequency deviation;active power reserve;variable-speed wind turbine generator;wind power system

TM761.2;TM614

A

1003-3076(2015)10-0028-06

2014-11-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51277049)

李生虎(1974-)，男，安徽籍，教授，博士生導(dǎo)師，研究領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性、風(fēng)電系統(tǒng)分析與控制、柔性輸電技術(shù);朱國(guó)偉(1990-)，男，安徽籍，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)電系統(tǒng)分析控制。