雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組參與平抑風(fēng)電功率波動(dòng)研究

陳超，劉海濱，葛景，邱雪俊，陳磊，王新寶，付俊波

雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組參與平抑風(fēng)電功率波動(dòng)研究

陳超1，劉海濱1，葛景2，邱雪俊1，陳磊1，王新寶2，付俊波2

（1．華東瑯琊山抽水蓄能有限責(zé)任公司，安徽省 滁州市 239000；2．南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇省 南京市 211102）

由于風(fēng)電功率存在間歇性、波動(dòng)性，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為此，提出了基于雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的風(fēng)電功率波動(dòng)平抑控制策略。首先，基于DIgSILENT/PowerFactory軟件，建立了雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組發(fā)電、抽水狀態(tài)下的仿真模型，驗(yàn)證其快速功率控制能力。其次，基于低通濾波原理，結(jié)合風(fēng)電預(yù)測(cè)功率，建立雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在發(fā)電、抽水2種工況下參與平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的控制模型。最后，通過(guò)仿真算例進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組具有快速功率響應(yīng)特性；在發(fā)電和抽水2種工況下，均可有效平抑風(fēng)電功率波動(dòng)，減小常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)壓力，改善地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定性。

雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組；低通濾波；預(yù)測(cè)功率；風(fēng)電功率波動(dòng)

0 引言

近年來(lái)，由于環(huán)境惡化、化石能源日益枯竭，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源發(fā)電獲得了快速發(fā)展[1]。據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，截至2018年年底，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電累計(jì)18426萬(wàn)kW，同比增長(zhǎng)12.4%，光伏并網(wǎng)發(fā)電17463萬(wàn)kW，同比增長(zhǎng)33.9%，風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模繼續(xù)穩(wěn)居世界首位。然而，新能源發(fā)電出力具有波動(dòng)性、間歇性，隨著地區(qū)電網(wǎng)中新能源滲透率的提高，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定面臨威脅[2-5]。

可變速抽水蓄能機(jī)組因轉(zhuǎn)速可調(diào)，相比于常規(guī)抽水蓄能機(jī)組，在電網(wǎng)運(yùn)行中更容易實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制。目前，可變速抽水蓄能機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在2方面：一是參與電網(wǎng)頻率、電壓控制，豐富電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段；二是參與新能源協(xié)調(diào)控制，提升新能源消納水平。根據(jù)勵(lì)磁回路的差異，可變速抽水蓄能機(jī)組主要分為全功率型和雙饋型。相較于全功率型，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組變頻器容量可做到更小，其變頻器容量?jī)H占機(jī)組容量的一部分，容量比值與轉(zhuǎn)差率成正比，轉(zhuǎn)子電流的幅值、頻率及相位可控，因此，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行功率快速控制。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)可變速抽水蓄能機(jī)組的研究主要集中于系統(tǒng)建模、頻率控制等方面。文獻(xiàn)[6]基于MATLAB/Simulink對(duì)日本大河內(nèi)電站#4機(jī)組進(jìn)行建模，驗(yàn)證了其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[7-9]分別基于不同仿真平臺(tái)搭建了可變速抽水蓄能機(jī)組各運(yùn)行狀態(tài)下的仿真模型。文獻(xiàn)[10-11]分別提出了可變速抽水蓄能機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的控制策略，并進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)[12]提出了基于全功率變流器的可變速抽水蓄能機(jī)組的有功、無(wú)功功率控制策略。文獻(xiàn)[13]建立了基于全功率變流器的可變速抽水蓄能機(jī)組綜合控制模型。以上研究更多關(guān)注基于全功率變流器的可變速抽水蓄能機(jī)組，針對(duì)雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的研究較少。尤其是對(duì)于新能源富集地區(qū)電網(wǎng)，如何充分發(fā)揮雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)有文獻(xiàn)仍鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，有必要深入研究雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組如何有效參與平抑地區(qū)電網(wǎng)新能源功率波動(dòng)、改善電能質(zhì)量。

為了改善地區(qū)電網(wǎng)中以風(fēng)電為代表的新能源消納水平，提出基于雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的風(fēng)電功率波動(dòng)平抑控制策略。首先，基于DIgSILENT/ PowerFactory軟件，建立了雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在發(fā)電、抽水工況下的動(dòng)態(tài)仿真模型。其次，基于低通濾波原理，并結(jié)合風(fēng)電預(yù)測(cè)功率，建立了雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組參與平抑地區(qū)電網(wǎng)風(fēng)電功率波動(dòng)的控制模型。最后，通過(guò)仿真算例進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組數(shù)學(xué)模型

1.1 雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組結(jié)構(gòu)

雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組主要由雙饋異步電機(jī)、水泵水輪機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、定子側(cè)變流器、勵(lì)磁變壓器等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 水泵水輪機(jī)

發(fā)電狀態(tài)下，水泵水輪機(jī)用作水輪機(jī)控制。對(duì)于水輪機(jī)，其模型主要描述水輪機(jī)輸出功率T與導(dǎo)水葉開(kāi)度間的關(guān)系[14]，如圖2所示，其中：0為水門(mén)開(kāi)度初始值；?為水門(mén)開(kāi)度變化量；max、min分別水門(mén)開(kāi)度最大值、最小值；W為水開(kāi)啟時(shí)間。

圖1 雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組示意圖

圖2 水輪機(jī)模型控制框圖

由式(1)—(3)可以看出，水泵入力與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。

1.3 轉(zhuǎn)子側(cè)換流器

對(duì)于轉(zhuǎn)子側(cè)換流器，采用定子電壓定向，定子輸出的有功功率s、無(wú)功功率s與轉(zhuǎn)子注入電流的有功、無(wú)功分量的關(guān)系[15]可表示如下：

圖3 轉(zhuǎn)子側(cè)換流器控制框圖

1.4 定子側(cè)換流器

圖4 定子側(cè)換流器控制框圖

2 雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組功率控制特性仿真

基于上述分析，在DIgSILENT/PowerFactory軟件中搭建一臺(tái)300MW雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組模型，其中：機(jī)端母線額定電壓為15.8kV；額定頻率為50Hz；定轉(zhuǎn)子電阻均為1.4mW；定轉(zhuǎn)子電抗均為0.6mH；定轉(zhuǎn)子互感為9.5mH；轉(zhuǎn)速變化范圍為±10%。

2.1 發(fā)電工況下功率控制

正常運(yùn)行情況下，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組運(yùn)行在發(fā)電工況，發(fā)電功率為270MW。在第5s接收調(diào)度指令，發(fā)電功率增加至300MW。第30s功率指令恢復(fù)為270MW。發(fā)電工況下，系統(tǒng)的有功、無(wú)功功率響應(yīng)曲線分別如圖5、6所示，可變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線如圖7所示。其中：ref、ref和gen、gen分別為可變速抽水蓄能機(jī)組輸出有功、無(wú)功功率參考值和實(shí)際值。

由圖5可知，發(fā)電工況下系統(tǒng)有功功率具備快速響應(yīng)能力，約0.2s即可實(shí)現(xiàn)0.1pu有功功率變化量控制。由圖6可知，無(wú)功功率波動(dòng)很小，實(shí)現(xiàn)了有功、無(wú)功功率獨(dú)立解耦控制。由圖7可知，相比于電磁功率的快速響應(yīng)，由于慣量的存在，機(jī)組轉(zhuǎn)速變化相對(duì)較慢，響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)。

圖5 發(fā)電工況有功功率響應(yīng)

圖6 發(fā)電工況無(wú)功功率響應(yīng)

圖7 發(fā)電工況可變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速響應(yīng)

2.2 抽水工況下功率控制

正常運(yùn)行情況下，可變速抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行在抽水工況，抽水功率為225MW。在第5s接收調(diào)度指令，抽水功率增大至額定功率300MW。第30s功率指令恢復(fù)為225MW。抽水工況下，系統(tǒng)的有功、無(wú)功功率響應(yīng)曲線分別如圖8、9所示，可變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線如圖10所示。由圖8可知，抽水工況下系統(tǒng)有功功率具備快速響應(yīng)能力，約0.2s即可實(shí)現(xiàn)0.25pu有功功率變化量控制，相比于發(fā)電工況，其控制速度更快。由圖9可知，無(wú)功功率波動(dòng)很小，同樣實(shí)現(xiàn)了有功、無(wú)功功率獨(dú)立解耦控制。該快速響應(yīng)能力能夠很好地應(yīng)用于新能源富集地區(qū)功率波動(dòng)平抑控制。由圖10可知，可變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速變化相對(duì)較慢，響應(yīng)時(shí)間同樣為秒級(jí)。

圖8 抽水工況有功功率響應(yīng)

圖9 抽水工況無(wú)功功率響應(yīng)

圖10 抽水工況可變速抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速響應(yīng)

2.3 功率控制特性

由上述仿真結(jié)果可以看出：雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在發(fā)電、抽水工況下均可實(shí)現(xiàn)快速功率控制。相比于常規(guī)同步機(jī)組，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

1）常規(guī)同步機(jī)組功率控制響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)，其爬坡率也存在限制，而雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組響應(yīng)時(shí)間為百毫秒級(jí)，響應(yīng)速度更快，可以快速響應(yīng)新能源功率波動(dòng)。

2）常規(guī)同步機(jī)組僅可工作于發(fā)電工況；常規(guī)抽蓄機(jī)組雖可工作于抽水狀態(tài)，但抽水工況下功率不可調(diào)節(jié)；而雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組可工作于發(fā)電、抽水2種工況，均可實(shí)現(xiàn)快速功率調(diào)節(jié)。

3）在穩(wěn)態(tài)情況下，常規(guī)同步機(jī)組轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，同步于電網(wǎng)頻率；而雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組轉(zhuǎn)速可在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)靈活變化，使其工作于最優(yōu)轉(zhuǎn)速，機(jī)組工作效率更高。

因此，相比于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)組，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更優(yōu)，運(yùn)行方式更為靈活，可滿足電網(wǎng)中功率快速調(diào)節(jié)需求。

3 雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組平抑功率波動(dòng)控制策略

為了平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)，借鑒低通濾波思想[16-20]，其主要原理是：通過(guò)低通濾波器濾除輸入數(shù)據(jù)中包含的高頻分量，保留低頻分量并實(shí)現(xiàn)對(duì)功率曲線的平滑作用。本文提出基于雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的有功功率控制策略，其控制框圖如圖11所示。

圖11 有功功率控制框圖

由圖11可以得到雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組有功功率控制指令：

圖12 低通濾波器幅頻特性曲線

4 仿真算例

4.1 算例系統(tǒng)

基于DIgSILENT/PowerFactory軟件，搭建如圖13所示仿真算例系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在經(jīng)典的3機(jī)9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[21]基礎(chǔ)上做適當(dāng)修改而成。其中，G1、G2、G3均含有勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)。風(fēng)電場(chǎng)含60臺(tái)容量2MW的DFIG機(jī)組，為了便于仿真，采用單機(jī)倍乘法建模[22]。雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組容量300MW，可工作于發(fā)電、抽水2種工作狀態(tài)，采用第2節(jié)所述參數(shù)。

圖13 算例系統(tǒng)單線圖

4.2 雙饋風(fēng)電場(chǎng)功率曲線分析

以某風(fēng)電場(chǎng)為例，其風(fēng)速、有功功率波動(dòng)曲線分別如圖14、15所示?？梢钥闯?，在觀測(cè)期間內(nèi)，風(fēng)功率具有明顯的波動(dòng)性，波動(dòng)幅度達(dá)25.5MW。通過(guò)對(duì)風(fēng)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換分析[23]，得到該風(fēng)電場(chǎng)輸出功率幅頻特性曲線，如圖16所示?？梢钥闯觯L(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)頻率集中分布在0.002~0.2Hz范圍內(nèi)，且隨著頻率的增加，其波動(dòng)幅值降低。因此，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組應(yīng)作用于平抑0.2Hz以下的風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)。

圖14 風(fēng)速波動(dòng)曲線

圖15 風(fēng)功率波動(dòng)曲線

圖16 風(fēng)功率幅頻特性曲線

4.3 發(fā)電工況下平抑效果仿真

基于4.2節(jié)所述風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在發(fā)電工況下的風(fēng)功率波動(dòng)平抑效果進(jìn)行仿真。在無(wú)平抑功能、濾波時(shí)間常數(shù)=15，50s時(shí)，系統(tǒng)頻率響應(yīng)、風(fēng)場(chǎng)近區(qū)同步發(fā)電機(jī)組G1有功功率響應(yīng)分別如圖17、18所示。在雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組不參與平抑功率波動(dòng)的情況下，風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)產(chǎn)生的不平衡量全部由系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)組承擔(dān)。相較于雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組，傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組功率調(diào)節(jié)依賴調(diào)速器完成，且控制響應(yīng)速度較慢。由圖17、18可見(jiàn)，系統(tǒng)頻率、同步發(fā)電機(jī)組功率隨著風(fēng)功率變化而波動(dòng)，且波動(dòng)幅度較大；而在雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組投入平抑功能后，系統(tǒng)頻率波動(dòng)情況明顯改善，且隨著濾波時(shí)間常數(shù)的增加(截止頻率的降低)，改善效果更好。在=50s時(shí)，系統(tǒng)頻率波動(dòng)顯著減小，且同步發(fā)電機(jī)組的功率變化很小，系統(tǒng)穩(wěn)定性改善效果明顯，驗(yàn)證了前述分析結(jié)論。

圖17 發(fā)電工況下系統(tǒng)頻率響應(yīng)

圖18 發(fā)電工況下同步發(fā)電機(jī)G1有功功率響應(yīng)

4.4 抽水工況下平抑效果仿真

同樣地，基于4.2節(jié)所述風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在抽水工況下的風(fēng)功率波動(dòng)平抑效果進(jìn)行仿真。在無(wú)平抑功能、濾波時(shí)間常數(shù)=15，50s時(shí)，系統(tǒng)頻率響應(yīng)、風(fēng)場(chǎng)近區(qū)同步發(fā)電機(jī)組G1有功功率響應(yīng)分別如圖19、20所示。與發(fā)電工況類似，在雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組不投入平抑功率波動(dòng)功能時(shí)，風(fēng)電功率波動(dòng)需全部由系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)組承擔(dān)，由于同步發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)速度較慢，系統(tǒng)頻率波動(dòng)明顯。與傳統(tǒng)水電機(jī)組不同，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在抽水工況下同樣具備快速功率控制能力。因此，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組即使在抽水工況下仍能夠滿足平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的需求。從圖19、20可以看出，隨著濾波時(shí)間常數(shù)的增加，系統(tǒng)頻率曲線、同步發(fā)電機(jī)組出力曲線更加平滑，波動(dòng)性明顯減小，驗(yàn)證了前述分析結(jié)論。

圖19 抽水工況下系統(tǒng)頻率響應(yīng)

圖20 抽水工況下同步發(fā)電機(jī)G1有功功率響應(yīng)

5 結(jié)論

基于DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件，搭建了雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組在發(fā)電、抽水狀態(tài)下的仿真模型，提出了雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組參與平抑地區(qū)電網(wǎng)風(fēng)電功率波動(dòng)的控制策略，主要結(jié)論如下：

1）在發(fā)電、抽水2種工況下，雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組均具備快速功率控制能力，且實(shí)現(xiàn)了有功、無(wú)功解耦控制；

2）借鑒低通濾波思想，結(jié)合風(fēng)電功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)基于雙饋?zhàn)兯俪樾顧C(jī)組的風(fēng)電功率波動(dòng)平抑控制；

3）增大低通濾波時(shí)間常數(shù)，功率波動(dòng)平抑的效果更好，時(shí)間常數(shù)的選取需結(jié)合風(fēng)電功率波動(dòng)的幅頻特性進(jìn)行綜合考慮。

[1] 周孝信，魯宗相，劉應(yīng)梅，等．中國(guó)未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展模式和關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(29)：4999-5008．

Zhou X X，Lu Z X，Liu Y M，et al．Development models and key technologies of future grid in China[J]．Proceedings of the CSEE，2014，34(29)：4999-5008．

[2] 張舒捷，方保民，陳春萌，等．750 kV串補(bǔ)投產(chǎn)后對(duì)青海電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2020，36(5)：8-16．

Zhang S J，F(xiàn)ang B M，Chen C M，et al．Impacts of the 750 kV series compensation on the safety and stability of Qinghai power grid[J]．Power System and Clean Energy，2020，36(5)：8-16．

[3] 殷志敏，翁潔，翁時(shí)樂(lè)，等．基于DDRTS的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)功率波動(dòng)特性及電能質(zhì)量研究[J]．浙江電力，2019，38(5)：62-67．

Yin Z M，Weng J，Weng S L，et al．Research on power fluctuation characteristics and power quality of wind power and energy storage connected to power grid based on DDRTS[J]．Zhejiang Electric Power，2019，38(5)：62-67．

[4] 董超，郝文煥，董鍇，等．南方(以廣東起步)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)實(shí)踐[J]．廣東電力，2020，33(6)：12-19．

Dong C，Hao W H，Dong K，et al．Mechanism design and operation practice of frequency regulation auxiliary service market in Southern China (starting from Guangdong)[J]．Guangdong Electric Power，2020，33(6)：12-19．

[5] 馬世英，王青．大規(guī)模新能源集中外送系統(tǒng)源網(wǎng)協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)及仿真評(píng)估[J]．發(fā)電技術(shù)，2018，39(2)：112-117．

Ma S Y，Wang Q．Risk and simulation evaluation of large-scale centralized new energy sending system [J]．Power Generation Technology，2018，39(2)：112-117．

[6] Lung J K，Lu Y，Hung W L，et al．Modeling and dynamic simulations of doubly fed adjustable-speed pumped storage units[J]．IEEE Transactions on Energy Conversion，2007，22(2)：250-258．

[7] 李秋實(shí)．雙饋抽水蓄能機(jī)組建模理論及控制規(guī)律研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2014．

Li Q S．Research on theory of modeling and control of double-fed pumped storage units[D]．Beijing：North China Electric Power University，2014．

[8] Feltes J，Koritarov V，Kazachkov Y，et al．Testing dynamic simulation models for different types of advanced pumped storage hydro units[J]．Cropence，2013，41(3)：835-845．

[9] Muljadi E，Singh M，Gevorgian V，et al．Dynamic modeling of adjustable-speed pumped storage hydropower plant[C]//Power & Energy Society General Meeting．IEEE，2015．

[10] 李輝，劉海濤，宋二兵，等．雙饋抽水蓄能機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的改進(jìn)虛擬慣性控制策略[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41(10)：58-65．

Li H，Liu H T，Song E B，et al．Improved virtual inertia control strategy of doubly fed pumped storage unit for power network frequency modulation[J]．Automation of Electric Power Systems，2017，41(10)：58-65．

[11] Fulgêncio N，Moreira C，Silva B．Integration of variable speed pumped hydro storage in automatic generation control systems[J]．Journal of Physics：Conference Series，2017，813(1)：012005．

[12] 暢欣，韓民曉，鄭超．FSC可變速抽水蓄能在含大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．水電與抽水蓄能，2016，2(2)：93-98．

Chang X，Han M X，Zheng C．Application of variable speed pumped storage with full-size converter in the large-scale wind power generation system complementary with solar power generation system[J]．Hydropower and Pumped Storage，2016，2(2)：93-98．

[13] Suul J A，Uhlen K，Undeland T．Wind power integration in isolated grids enabled by variable speed pumped storage hydropower plant[EB/OL]．(2016-05-26)[2019-06-01]．http://www.docin.com/p-1600784580.html.

[14] 趙大偉，姜達(dá)軍，朱凌志，等．基于PowerFactory的同步發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)用模型驗(yàn)證[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(23)：27-32．

Zhao D W，Jiang D J，Zhu L Z，et al．Validation on practical model of synchronous generator control system based on PowerFactory[J]．Automation of Electric Power Systems，2014，38(23)：27-32．

[15] 胡家兵．雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越(不間斷)運(yùn)行研究：基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)[D]．杭州：浙江大學(xué)，2009．

Hu J B．Investigation on the ride-through operation of DFIG-based wind power generation systems during grid fault：basic theory and key technology[D]．Hangzhou：Zhejiang University，2009．

[16] Anderson P M．Power system control and stability [M]．Iowa：Iowa State University Press，1977．

[17] IEC．Grid integration of large-capacity renewable energy sources and use of large-capacity electrical energy storage[R]．Geneva，Switzerland：International Electrotechnical Commission，2012．

[18] 雷鳴宇，楊子龍，王一波，等．光/儲(chǔ)混合系統(tǒng)中的儲(chǔ)能控制技術(shù)研究[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31(23)：86-92．

Lei M Y，Yang Z L，Wang Y B，et al．Study on control technology of energy storage station in photovoltaic/storage system[J]．Transactions of China Electrotechnical Society，2016，31(23)：86-92．

[19] 莊雅妮，楊秀媛，金鑫城．風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電運(yùn)行技術(shù)研究[J]．發(fā)電技術(shù)，2018，39(4)：296-303．

Zhuang Y N，Yang X Y，Jin X C．Study on operation technology of wind-PV-energy storage combined power generation[J]．Power Generation Technology，2018，39(4)：296-303．

[20] 鹿婷，賈繼超，彭曉濤．一種考慮經(jīng)濟(jì)調(diào)度的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能控制策略[J]．分布式能源，2019，4(3)：40-49．

Lu T，Jia J C，Peng X T．An energy storage control strategy for wind farm considering economic dispatching[J]．Distributed Energy，2019，4(3)：40-49．

[21] 朱瑛，高云波，臧海祥，等．風(fēng)電機(jī)組輸出功率平滑技術(shù)綜述[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42(18)：182-191．

Zhu Y，Gao Y B，Zang H X，et al．Review of output power smoothing technologies for wind turbine [J]．Automation of Electric Power Systems，2018，42(18)：182-191．

[22] 桑丙玉，王德順，楊波，等．平滑新能源輸出波動(dòng)的儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(22)：3700-3706．

Sang B Y，Wang D S，Yang B，et al．Optimal allocation of energy storage system for smoothing the output fluctuations of new energy[J]．Proceedings of the CSEE，2014，34(22)：3700-3706．

[23] 李濱，陳姝，梁水瑩．一種平抑光伏系統(tǒng)輸出波動(dòng)的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化方法[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(22)：45-50．

Li B，Chen S，Liang S Y．A capacity optimization of energy storage system for output smoothing of photovoltaic station[J]．Power System Protection and Control，2014，42(22)：45-50．

Wind Power Fluctuation Suppression by Doubly-fed Variable-speed Pumped Storage Unit

CHEN Chao1, LIU Haibin1, GE Jing2, QIU Xuejun1, CHEN Lei1, WANG Xinbao2, FU Junbo2

(1. Huadong Langyashan Pumped Storage Co., Ltd., Chuzhou 239000, Anhui Province, China;2. Nanjing Nanri-relays Engineering Technique Co., Ltd., Nanjing 211102, Jiangsu Province, China)

Due to the intermittent and fluctuant of wind power, large-scale wind power grid-connected poses a challenge to the safe and stable operation of the power grid. Therefore, a wind power fluctuation suppression control strategy based on doubly-fed variable-speed pumped storage unit was proposed. Firstly, based on DIgSILENT/PowerFactory software, the simulation models of doubly-fed variable-speed pumped storage unit under the conditions of power generation and pumping were established to verify its fast power control capability. Secondly, based on the principle of low-pass filtering, combined with the wind power prediction, the control models of the doubly-fed variable-speed pumped storage unit were established to suppress wind power fluctuation under the conditions of power generation and pumping. Finally, a simulation example was given to verify the control strategy. The results show that the doubly-fed variable-speed pumped storage unit has fast power response characteristics. Under the conditions of power generation and pumping, the fluctuation of wind power can be effectively suppressed, the regulation pressure of conventional units can be reduced, and the stability of regional power grid can be improved.

doubly-fed variable-speed pumped storage unit; low-pass filtering; prediction power; wind power fluctuations

10.12096/j.2096-4528.pgt.19099

TM74

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFB0904600)；國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司科技項(xiàng)目(572727170006)。

Project Supported by National Key Research and Development Program of China (2018YFB0904600); Research Program of State Grid Xinyuan Company Ltd. (572727170006).

2019-06-14。

(責(zé)任編輯 尚彩娟)