超速風(fēng)電機組的改進頻率控制方法

胥國毅, 胡家欣, 郭樹鋒, 陳春萌, 李春來, 畢天姝

(1. 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室, 華北電力大學(xué), 北京市 102206;2. 青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點實驗室(國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院), 青海省西寧市 810008)

0 引言

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占比重不斷提高,變速風(fēng)電機組靈活的控制性能使其成為并網(wǎng)風(fēng)電場主流機型,然而變速風(fēng)電機組通過變頻器接入電網(wǎng),降低了系統(tǒng)的有效慣量,容易使系統(tǒng)發(fā)生較大的頻率偏移。同時由于風(fēng)電占比不斷提高,壓縮了同步發(fā)電機的并網(wǎng)容量,系統(tǒng)調(diào)頻容量不足,對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。通過變頻器靈活的有功和無功功率調(diào)節(jié)能力,開發(fā)風(fēng)電機組的控制潛力向電力系統(tǒng)提供頻率控制,成為促進風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。西北電網(wǎng)已經(jīng)率先開展風(fēng)電及光伏參與系統(tǒng)頻率控制實驗[1]。國內(nèi)外的風(fēng)電機組生產(chǎn)廠商也正著力開發(fā)風(fēng)電機組提供系統(tǒng)頻率控制的功能,以滿足建設(shè)電網(wǎng)友好型風(fēng)電場的需求[2]。

通過變速風(fēng)電機組的變速運行能力,利用風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能可以對系統(tǒng)頻率進行控制,這種方法不需要額外投資,通過對風(fēng)電機組的控制系統(tǒng)進行改造，建立系統(tǒng)頻率變化與風(fēng)電機組輸出功率的聯(lián)系就能實現(xiàn)[3-9],然而這種方法的控制器參數(shù)難以確定,并且只能提供暫態(tài)頻率支撐,在風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速恢復(fù)期間容易出現(xiàn)頻率的二次下降。

為應(yīng)對系統(tǒng)頻率下降擾動,使風(fēng)電機組具有持續(xù)有功功率儲備從而具有一次調(diào)頻能力,風(fēng)電機組需要進行減載控制[10]。通過風(fēng)電場有功功率減載運行的同時降低傳統(tǒng)機組備用容量壓力,提高風(fēng)電接入系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性[11]。文獻[12]將風(fēng)速劃分成不同區(qū)域,在不同風(fēng)速區(qū)域采用不同的控制方法實現(xiàn)風(fēng)電機組減載運行,在轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率控制環(huán)中增加下垂控制,使風(fēng)電機組響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化。文獻[13]通過風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速控制使超速減載運行風(fēng)電機組具有慣性響應(yīng)和一次調(diào)頻的功能。文獻[14]提出了根據(jù)風(fēng)電機組儲備功率變化的頻率控制器參數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)方法,優(yōu)化風(fēng)電機組的調(diào)節(jié)性能,但風(fēng)電機組的減載功率沒能充分利用。文獻[15]提出的風(fēng)電機組變下垂系數(shù)頻率控制策略,將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速看作線性遞減函數(shù),以獲取頻率控制器參數(shù)。由于轉(zhuǎn)速線性變化,因而對轉(zhuǎn)子動能的利用不夠充分。目前對于超速減載風(fēng)電機組的頻率控制方法主要采用轉(zhuǎn)速控制、固定下垂系數(shù)控制和變下垂系數(shù)控制。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生跌落時,通過增加風(fēng)電機組捕獲的機械功率,提高有功功率輸出參與電網(wǎng)調(diào)頻,還未考慮到在頻率控制過程中對風(fēng)電機組旋轉(zhuǎn)動能和減載功率的有效利用,以充分發(fā)揮風(fēng)電機組的頻率控制能力。

為了克服現(xiàn)有方法的不足。本文提出充分利用風(fēng)電機組旋轉(zhuǎn)動能和減載功率的頻率控制方法,根據(jù)風(fēng)電機組運行狀態(tài)選擇頻率控制器參數(shù),從而有效提升風(fēng)電機組頻率控制效果。

1 風(fēng)電機組模型及系統(tǒng)頻率控制

由于全功率變頻器風(fēng)電機組在機組結(jié)構(gòu)、低電壓穿越、故障恢復(fù)等方面的優(yōu)勢,逐漸成為主流機型,其主要由風(fēng)力機、發(fā)電機和全功率變頻器構(gòu)成。本文采用的全功率變頻器風(fēng)電機組，參數(shù)見附錄A。

風(fēng)力機模型為[16]:

(1)

(2)

(3)

式中:Pm為風(fēng)電機組的機械功率;ρ為空氣密度;A為風(fēng)輪掃風(fēng)面積;Vw為風(fēng)速;cp為風(fēng)能利用系數(shù);β為風(fēng)電機組的槳距角;系數(shù)c1=0.517 6,c2=116,c3=0.4,c4=5,c5=21,c6=0.006 8;λ為風(fēng)電機組的葉尖速比。

風(fēng)電機組控制主要包括轉(zhuǎn)速控制和槳距角控制,風(fēng)電機組控制給出風(fēng)電機組有功功率參考值Pref和槳距角參考值β;全功率變頻器風(fēng)電機組的變頻器控制主要包括機側(cè)變頻器控制和網(wǎng)側(cè)變頻器控制,機側(cè)變頻器控制發(fā)電機輸出功率,網(wǎng)側(cè)變頻器控制直流電壓和風(fēng)電機組無功功率輸出,機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變頻器均采用比例—積分(PI)控制實現(xiàn)[16]。

電力系統(tǒng)頻率跌落可以用最大頻率偏移量Δfmax、頻率變化率df/dt、穩(wěn)態(tài)頻率偏差Δfn和頻率下降時間Tnadir等指標來衡量。其中最大頻率偏移量和頻率變化率是兩個最重要的指標,通常用來觸發(fā)電力系統(tǒng)中的保護控制裝置。在電力系統(tǒng)頻率控制中,通常采用式(4)來反映含高比例風(fēng)電的電力系統(tǒng)頻率變化與有功功率不平衡量的關(guān)系[17]。即

(4)

式中:Hs為系統(tǒng)慣性時間常數(shù);D為負載阻尼系數(shù);f為頻率,Δf為頻率偏移量;PT為傳統(tǒng)發(fā)電機輸出功率;Pw為風(fēng)力發(fā)電輸出功率;PL為系統(tǒng)總的負載。

由于風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模接入降低了系統(tǒng)慣性的時間常數(shù),將引起系統(tǒng)較大的頻率變化率和頻率偏移量。由式(4)可以看出,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生功率不平衡的初始階段,頻率偏移量Δf還相對比較小,系統(tǒng)頻率變化率df/dt將主要取決于系統(tǒng)的不平衡功率和慣性時間常數(shù)。如果在頻率跌落的初始階段,控制風(fēng)電機組輸出較大的有功功率,將有效降低系統(tǒng)頻率變化率。系統(tǒng)最大頻率偏移量取決于系統(tǒng)中參與頻率調(diào)節(jié)的發(fā)電機原動機及調(diào)速器性能,通常發(fā)電機及調(diào)速器具有較大的時間常數(shù),再熱循環(huán)機組調(diào)節(jié)更為緩慢,水電機組由于水錘效應(yīng),在初始階段具有反調(diào)節(jié)特性[17],而風(fēng)電機組能夠通過變頻器快速調(diào)整有功功率輸出,可以用于補償傳統(tǒng)發(fā)電機相對較慢的調(diào)整性能,從而提高系統(tǒng)頻率控制效果。

2 超速風(fēng)電機組頻率控制

為了使風(fēng)電機組具有備用有功功率參與系統(tǒng)頻率控制,通過超速法或槳距角控制可以實現(xiàn)風(fēng)電機組的減載運行。兩種控制方法控制系統(tǒng)相對獨立,因此可以分別進行研究?；诔俜ǖ臏p載控制方法,其控制速度優(yōu)于變槳距角控制,然而受風(fēng)電機組最大轉(zhuǎn)速的限制,超速法不適用于風(fēng)速高于額定風(fēng)速的情況。由風(fēng)速的概率分布可知,一年內(nèi)絕大部分時間風(fēng)速均小于風(fēng)電機組額定轉(zhuǎn)速[7],因此基于超速法獲取備用容量在大部分時間內(nèi)均適用。

采用超速法對風(fēng)電機組進行減載控制時,控制風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速偏離最優(yōu)轉(zhuǎn)速,以降低風(fēng)電機組捕獲的機械功率,如圖1所示。

圖1 風(fēng)電機組功率曲線Fig.1 Power curves of wind turbine

定義減載水平為:

(5)

式中:P為風(fēng)電機組實際輸出有功功率;Popt為該風(fēng)速下風(fēng)電機組最優(yōu)功率。

風(fēng)電機組的最大功率點跟蹤(MPPT)曲線即為d=0的減載曲線。本文分析中假設(shè)風(fēng)電機組運行在10%的減載曲線上,如圖1所示。由于風(fēng)電機組處于超速減載運行狀態(tài),風(fēng)電機組同時具有較大的旋轉(zhuǎn)動能和有功功率儲備用于系統(tǒng)頻率控制。

當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時,通常采用下垂控制,控制風(fēng)電機組輸出功率為:

(6)

式中:P0為風(fēng)電機組初始輸出功率;ΔP為頻率偏移時風(fēng)電機組增發(fā)的有功功率;-1/Rf為下垂控制的斜率。

下垂控制參數(shù)難以確定,參數(shù)過大,風(fēng)電機組將過度失速;參數(shù)過小,風(fēng)電機組最終將停留在最優(yōu)轉(zhuǎn)速與初始轉(zhuǎn)速間的某點運行,減載功率沒有得到充分利用。本文研究超速狀態(tài)下風(fēng)電機組的頻率控制方法,以充分利用風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能和減載功率,提升頻率控制效果,并且通過選擇合適的控制參數(shù)以確保風(fēng)電機組安全運行。

3 超速風(fēng)電機組改進頻率控制方法

3.1 頻率控制改進方法

超速減載運行的風(fēng)電機組由于運行速度高于該風(fēng)速下最優(yōu)轉(zhuǎn)速,同時具有持續(xù)的有功功率儲備和較大的旋轉(zhuǎn)動能可以用于系統(tǒng)頻率控制。根據(jù)其功率特點,通過控制風(fēng)電機組在頻率跌落的初始階段迅速釋放轉(zhuǎn)子動能以降低系統(tǒng)的頻率變化率,減載功率用于系統(tǒng)的一次調(diào)頻,從而使風(fēng)電機組具有完善的系統(tǒng)調(diào)頻功能。

在系統(tǒng)發(fā)生頻率下降的初期,系統(tǒng)中有功功率不平衡量最大,通過控制風(fēng)電機組使其輸出較大的有功功率,將有效降低系統(tǒng)頻率變化率,該功率主要來源于風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能。由于風(fēng)電機組輸出功率大于捕獲的機械功率,風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速將迅速下降,風(fēng)電機組的運行點將從減載功率曲線向最優(yōu)功率曲線移動,因此,風(fēng)電機組所捕獲的機械功率也將隨之增加。當(dāng)風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速降低到最優(yōu)轉(zhuǎn)速時,將風(fēng)電機組保持在最優(yōu)功率曲線運行,從而獲得比頻率跌落前大的輸出功率。與僅采用風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子動能進行系統(tǒng)頻率控制相比,風(fēng)電機組不需要從系統(tǒng)獲得額外的能量用于返回初始轉(zhuǎn)速,因而不會出現(xiàn)系統(tǒng)頻率二次跌落的問題。風(fēng)電機組最終將運行在最優(yōu)轉(zhuǎn)速下,從而保證了機組的安全運行。

按照所提超速風(fēng)電機組頻率控制方法設(shè)計的風(fēng)電機組頻率控制框圖如圖2所示。通過檢測系統(tǒng)頻率跌落觸發(fā)風(fēng)電機組的頻率控制,當(dāng)系統(tǒng)頻率跌落超過死區(qū)時,按照式(7)控制風(fēng)電機組的有功功率輸出,控制信號Pref為機側(cè)變頻器的有功控制指令。

(7)

式中:ωopt為風(fēng)電機組在該風(fēng)速下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速(ωopt也可以選取風(fēng)電機組初始轉(zhuǎn)速和最優(yōu)轉(zhuǎn)速之間的值,在這種情況下,由于風(fēng)電機組最終將運行在所選擇的轉(zhuǎn)速,因而僅利用了部分轉(zhuǎn)子動能和減載功率);ωr和ωr0分別為風(fēng)電機組的實際轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率跌落時的風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速;K為比例系數(shù),參數(shù)K的大小將決定風(fēng)電機組在系統(tǒng)頻率跌落初期輸出功率的大小,其值由風(fēng)電機組的運行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速下降時間Tdec(釋放轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動能時間)確定,參數(shù)K的選取將在下節(jié)討論。

圖2 風(fēng)電機組頻率控制框圖Fig.2 Block diagram of frequency control for wind turbine

式(7)中的功率K(ωr-ωopt)/(ωr0-ωopt)來自于風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能,轉(zhuǎn)速降至ωopt時將為0,而Pm的增加來自于風(fēng)電機組儲備的機械功率。采用式(7)的控制方法,風(fēng)電機組在頻率控制期間的輸出功率如圖3所示,在頻率跌落初期風(fēng)電機組具有最大的輸出功率,隨著風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速的降低而平穩(wěn)過渡到最優(yōu)功率曲線,風(fēng)電機組的可用轉(zhuǎn)子動能和減載功率得以完全利用。風(fēng)電機組最終將運行在最優(yōu)轉(zhuǎn)速ωopt,因此,風(fēng)電機組不會由于參數(shù)的選取不當(dāng)而過度失速。

圖3 風(fēng)電機組功率曲線Fig.3 Power curves of wind turbine

3.2 控制器參數(shù)整定

風(fēng)電機組在不同運行狀態(tài)下的可用轉(zhuǎn)子動能不同,采用3.1節(jié)所述控制方法,需要根據(jù)不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子動能計算參數(shù)K的值用于系統(tǒng)頻率控制。

轉(zhuǎn)動慣量時間常數(shù)定義為[17]:

(8)

式中:ωrs為風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速,為1.2倍同步轉(zhuǎn)速;J為風(fēng)電機組轉(zhuǎn)動慣量;S為風(fēng)電機組的額定容量。

風(fēng)電機組由于轉(zhuǎn)速變化釋放的旋轉(zhuǎn)動能為:

(9)

式中：ωr1為風(fēng)電機組最終轉(zhuǎn)速。

將式(8)代入式(9),并將風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為以同步轉(zhuǎn)速為基準值的標幺值,可以得到風(fēng)電機組由于轉(zhuǎn)速變化釋放的旋轉(zhuǎn)動能。即

(10)

式中:ωr0,pu為風(fēng)電機組初始轉(zhuǎn)速的標幺值;ωr1,pu為風(fēng)電機組最終轉(zhuǎn)速的標幺值。

風(fēng)電機組的運動方程為[17]:

(11)

式中:Tm和Te分別為風(fēng)電機組的機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩;ω為風(fēng)電機組的角速度。

按照式(7)定義的風(fēng)電機組有功功率輸出可以由式(11)仿真計算得到不同參數(shù)K時風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速變化曲線,由轉(zhuǎn)速變化曲線獲得風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速由初始轉(zhuǎn)速ωr0下降到最優(yōu)轉(zhuǎn)速ωopt的時間,即風(fēng)電機組釋放轉(zhuǎn)子動能時間Tdec,由此可以得到不同風(fēng)速下頻率控制器參數(shù)K與Tdec的關(guān)系。以一臺2 MW慣性時間常數(shù)為2 s的風(fēng)電機組為例,設(shè)該風(fēng)電機組的減載水平為10%,通過仿真計算得到不同風(fēng)速下控制器參數(shù)K與Tdec的關(guān)系如圖4所示。曲線上的點表示選取參數(shù)K時,風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速將在對應(yīng)的時間Tdec內(nèi)由ωr0降至ωopt。由風(fēng)電機組的固有參數(shù)H可以計算獲得不同風(fēng)速下的頻率控制器參數(shù)表,系統(tǒng)運行人員根據(jù)系統(tǒng)頻率變化特點設(shè)定風(fēng)電機組釋放旋轉(zhuǎn)動能的時間Tdec,由實際風(fēng)速和Tdec通過參數(shù)表獲得對應(yīng)的控制器參數(shù)K,代入式(7)實現(xiàn)風(fēng)電機組的頻率變參數(shù)控制。假定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動能頻率支撐時間為10 s,對應(yīng)7,8,9,10 m/s風(fēng)速下的K分別為0.16,0.2,0.28,0.35。

圖4 控制器參數(shù)K與Tdec計算結(jié)果Fig.4 Simulation result of parameter K and Tdec of controller

4 仿真驗證

本文采用MATLAB/Simulink搭建如附錄A圖A1所示電力系統(tǒng)模型對所提出的風(fēng)電機組頻率控制方法進行仿真驗證。該模型中包含兩臺同步發(fā)電機G1和G2,用于模擬同步機電源,G1和G2的額定容量分別為150 MW和300 WM,G1采用發(fā)電機6階模型,G2采用發(fā)電機3階模型,為了反映不同類型發(fā)電機的調(diào)頻特性,G1設(shè)置為非再熱式機組,G2設(shè)置為再熱式機組。系統(tǒng)中包含25臺2 MW直驅(qū)風(fēng)電機組(采用單機等值模型),負載均采用恒功率負荷模型。系統(tǒng)的頻率通過鎖相環(huán)(PLL)測量風(fēng)電機組接入點的電壓獲得。

設(shè)定風(fēng)速為定值10 m/s,該風(fēng)速下如果風(fēng)電機組運行在最大功率跟蹤狀態(tài),風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速將運行在ωopt=1.0(標幺值)。為了獲得一次調(diào)頻的能力,將風(fēng)電機組通過超速控制處于10%的減載運行狀態(tài),風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速為ωr0=1.19(標幺值),輸出18 MW有功功率,發(fā)電機G1,G2的有功功率分別為100 MW和200 WM。

在5 s時負載1增加15 MW負荷,引起系統(tǒng)頻率下降;5.5 s時頻率控制器觸發(fā)風(fēng)電機組進行頻率控制。系統(tǒng)頻率大約經(jīng)過10 s進入穩(wěn)態(tài),因此對本文所提方法選擇風(fēng)電機組釋放旋轉(zhuǎn)動能時間(Tdec)為10 s進行仿真分析,按照3.2節(jié)的計算方法得到的控制器參數(shù)K為0.35,為了說明不同參數(shù)K的控制效果,本文分別取K為0.2和0.45對頻率控制效果進行對比。為了比較本文所提方法與傳統(tǒng)下垂控制方法的頻率控制效果,本文通過試錯法選擇下垂系數(shù),使風(fēng)電機組最終停留在最大功率跟蹤點附近運行,最大限度地利用風(fēng)電機組的減載功率。

仿真結(jié)果如圖5所示。圖5(a)為不同控制方法下系統(tǒng)頻率的變化情況,由仿真結(jié)果可以看出,由于將風(fēng)電機組引入系統(tǒng)頻率控制,系統(tǒng)的頻率下降率和最大頻率偏移量及穩(wěn)態(tài)頻率偏移量均顯著降低。本文所提出的控制方法與下垂控制方法相比更顯著地降低了頻率變化率和頻率偏差,提升了系統(tǒng)頻率控制效果。系統(tǒng)頻率進入穩(wěn)態(tài)后,由于風(fēng)電機組提供了部分平衡功率,同步發(fā)電機增發(fā)的功率降低,因此穩(wěn)態(tài)頻率偏差有所減小。圖5(b)為采用不同控制方法時風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速變化情況,正常情況風(fēng)電機組由于超速運行在1.19(標幺值),當(dāng)風(fēng)電機組進行頻率控制時,風(fēng)電機組在選擇的時間(10 s)內(nèi)減速到1.0,即10 m/s風(fēng)速所對應(yīng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速,從而說明了本文所采用的頻率控制器參數(shù)整定方法的正確性。風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速最終保持在最優(yōu)轉(zhuǎn)速,不會引起風(fēng)電機組的過度反應(yīng),有利于風(fēng)電機組的安全運行。相較于傳統(tǒng)下垂控制方法,本文提出的改進方法使風(fēng)電機組在頻率下降的初始階段轉(zhuǎn)速迅速變化,輸出更大的有功功率用于頻率控制。圖5(c)為采用本文所提出的控制方法時風(fēng)電機組的機械功率和輸出功率,由仿真結(jié)果可以看出,風(fēng)電機組的機械功率由18 MW增至20 MW,風(fēng)電機組所增加的機械功率為風(fēng)電機組超速減載儲備的功率。兩條曲線的差值表示風(fēng)電機組旋轉(zhuǎn)動能所釋放的功率,在頻率跌落初期風(fēng)電機組輸出功率達到35 MW,因此將顯著降低系統(tǒng)頻率下降率。圖5(d)所示為采用下垂控制時風(fēng)電機組的機械功率和輸出功率,其輸出功率與系統(tǒng)頻率成比例變化,在系統(tǒng)頻率最低時輸出最大功率23 MW。對比風(fēng)電機組的輸出功率可以看出,本文所提出的方法能夠更加有效地利用風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能用于系統(tǒng)頻率控制。

圖5 仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results

參數(shù)K選取不同參數(shù)時系統(tǒng)頻率變化情況及同步發(fā)電機在風(fēng)電機組不同控制方式下的輸出功率見附錄B。附錄B圖B1所示為K選取不同參數(shù)時系統(tǒng)頻率變化情況,由仿真結(jié)果看出,如果K選取較小,風(fēng)電機組輸出功率較小,因而頻率變化量減小比較少;如果K值選擇比較大,風(fēng)電機組釋放旋轉(zhuǎn)動能時間短,風(fēng)電機組在頻率下降初始階段輸出功率大,頻率下降緩慢,但是會引起較大的頻率偏差,頻率恢復(fù)也比較緩慢。

附錄B圖B2和圖B3分別為同步發(fā)電機G1和G2在風(fēng)電機組不參與系統(tǒng)頻率控制和采用本文所提控制方法時的輸出功率,由仿真結(jié)果可知,由于系統(tǒng)頻率下降,同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子動能迅速釋放抑制頻率下跌,然而旋轉(zhuǎn)動能持續(xù)時間短,需要調(diào)速器動作最終增加發(fā)電機有功功率。由于調(diào)速器和汽輪機具有較大的時間常數(shù),因而同步發(fā)電機機械功率調(diào)節(jié)較慢。風(fēng)電機組在釋放轉(zhuǎn)子動能的同時機械功率增加,因此能夠有效抑制系統(tǒng)頻率下跌。由于風(fēng)電機組參與系統(tǒng)頻率控制降低了系統(tǒng)頻率變化,因此減緩了同步發(fā)電機輸出功率的調(diào)節(jié),而再熱式機組由于時間常數(shù)較大,參與頻率控制響應(yīng)比較慢。

5 結(jié)語

本文提出了超速風(fēng)電機組的改進頻率控制方法。該方法將超速減載風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)子動能在系統(tǒng)頻率降低時迅速釋放用于降低系統(tǒng)頻率變化率,減載功率用于系統(tǒng)一次調(diào)頻,提出了考慮風(fēng)電機組運行狀態(tài)的頻率控制器參數(shù)整定方法。仿真結(jié)果表明,所提的頻率控制策略能夠充分利用超速減載風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)動能和減載功率,風(fēng)電機組平穩(wěn)過渡到最大風(fēng)能跟蹤運行,與傳統(tǒng)下垂控制方法相比,能有效提升風(fēng)電機組的頻率控制能力。

本文所提控制策略具有較強的應(yīng)用前景,后續(xù)工作將圍繞考慮系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性,針對風(fēng)電場中不同運行狀態(tài)的風(fēng)電機組,結(jié)合虛擬慣量法與本文所提方法,進一步完善風(fēng)電場的頻率控制策略。

本文研究獲得國家重大科研儀器研制項目(51627811)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(2016MS16)資助，特此致謝！

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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