風電并網(wǎng)一次調(diào)頻控制性能分析

權(quán)剛偉

寧夏京能靈武風電有限公司 寧夏 靈武 750004

伴隨風力發(fā)電與電網(wǎng)的相互滲透與融合，給電力系統(tǒng)的實際發(fā)展帶來機遇，同時也帶來了巨大挑戰(zhàn)，特別是在功率管控方面。風電場調(diào)頻的主要目標就是在電網(wǎng)頻率產(chǎn)生變化時，同步發(fā)電機對變化進行相應，風電場會將輸出功率進行迅速改變，并且參與到頻率的恢復中。對比同步發(fā)電機，因為風具有隨機性，風電場頻率調(diào)節(jié)難以達成，需要在電網(wǎng)中配置諸多旋轉(zhuǎn)備用容量，一次將功率失衡問題消除掉。

一、機組一次調(diào)頻的原理

(一)發(fā)電機組頻率的靜態(tài)特性。系統(tǒng)頻率的偏移額定數(shù)值滿足一定要求時，機組的會對進汽量進行自動改變，實現(xiàn)發(fā)電機處理的增減目標，此反應基于頻率變化二產(chǎn)生處理變化，這屬于機組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性，也就是說調(diào)速系統(tǒng)頻率特性的斜率、調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)會對發(fā)電機組負荷從零變成最大值時轉(zhuǎn)數(shù)變化和額定轉(zhuǎn)數(shù)之間的比值。并且基于斜率公式能夠獲悉，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)屬于是發(fā)電機頻率變化、發(fā)電機組功率變化的百分數(shù)。

(二)一次調(diào)頻動作的原理。發(fā)電機組一次調(diào)頻功能就是發(fā)電機組基于調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，隨著系統(tǒng)頻率的變化自動進行出力能力的增減。在一次調(diào)頻框圖中，就是電網(wǎng)頻率出現(xiàn)偏差，基于開度的有效調(diào)節(jié)，對機組出力進行有效改變，達成一次調(diào)整頻率的目標[1]?；趯C組運行穩(wěn)定性、經(jīng)濟性的實際考量，為了能夠規(guī)避小幅頻率波動產(chǎn)生的機組頻繁動作，一次調(diào)頻機組要設置對應的調(diào)頻死區(qū)，在頻率偏差死區(qū)超過調(diào)頻死區(qū)以后，其他構(gòu)件才能夠動作。并且為了能夠規(guī)避短時間之內(nèi)機組的大幅度調(diào)節(jié)，會對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，更會對一次調(diào)頻符合的變化幅度產(chǎn)生限制影響。額定容量是360MW的發(fā)電機組，如果機組調(diào)差系數(shù)設計成為4%，一次調(diào)頻的死區(qū)就是±r/min，負荷的變化幅度限制是±6%，因為死區(qū)與負荷的變化幅度會對一次調(diào)頻的靜態(tài)特性產(chǎn)生限制影響。

(三)大功率缺額下機組一次調(diào)頻的動作過程。如果失去了區(qū)域電網(wǎng)中的大功率區(qū)外來電，不考量緊急管控的舉措，系統(tǒng)頻率會迅速降低，同時會在一次調(diào)頻的影響之下恢復成為準穩(wěn)態(tài)頻率。

故障產(chǎn)生擾動的瞬間，發(fā)電機的輸出功率依據(jù)發(fā)電機和擾動點間同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)能夠分載一些功率擾動量。機組調(diào)速器的動作致使原動機機械功率產(chǎn)生大幅度變化以前，因為發(fā)電機電磁功率的驟然增加，知識發(fā)電機減速。期間系統(tǒng)發(fā)電機遵照慣性常數(shù)對增減負荷量進行分擔增減，讓系統(tǒng)當中的機組可以得到系統(tǒng)的平均加速度。也就是說，發(fā)電機組依據(jù)完全不一樣的準則進行擾動功率配置，機組實際處理會伴隨震蕩對應時刻。系統(tǒng)頻率降低一次調(diào)頻死區(qū)以后，調(diào)速系統(tǒng)的實際作用中，機組處理逐漸開始增加，伴隨系統(tǒng)功率的持續(xù)跌落，頻率下降的情況逐漸被一次調(diào)頻所抑制，可是此期間頻率還會持續(xù)降低。系統(tǒng)對一次調(diào)頻的作用進行有效綜合，頻率歷經(jīng)快速降低，同時會回升到準穩(wěn)態(tài)值，并且機組處理會隨著頻率的變化增大，同時也會恢復到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。比對實際出力的曲線能夠獲悉，此機組一次調(diào)頻的性能尚未滿足預期，也就是說，一次調(diào)頻能力方面依然有提升的充足空間[2]。

二、風電并網(wǎng)一次調(diào)頻控制性能的評價方式

機組一次調(diào)頻的性能評價通常有兩種方式，即為PMU數(shù)據(jù)指標的評價方式、一次調(diào)頻動作電量評價。

(一)PMU數(shù)據(jù)指標

1.一次調(diào)頻死區(qū)。并網(wǎng)機組通常可以輸出一次調(diào)頻的動作信號，其屬于是開關量信號，上升沿對應的頻率偏差超出了死區(qū)時刻，下降沿對應的頻率偏差會落回到死區(qū)時刻。所以，遵照動作信號明確機組調(diào)頻死區(qū)的上、下限預估數(shù)值。為了盡量降低指令信號的延遲、測量精度、噪聲影響等，基于上下限估算數(shù)值進行加權(quán)平均計算。

2.滯后時間響應。在理想的狀態(tài)之下，電網(wǎng)頻率超過調(diào)速器所設置的一次調(diào)頻死區(qū)以后，機組出力會即時變化。實際上因為信號傳輸、機械死區(qū)等諸多因素產(chǎn)生的影響，機組出力變化會有一定延遲，其就是負荷滯后響應時間。因為一次調(diào)頻性能要求快速響應，機組一次調(diào)頻響應的滯后時間通常不會超出3秒鐘。

(二)動作電量?；陔娋W(wǎng)的實際運行，機組一次調(diào)頻性能的考核評價中，標準就是機組在電網(wǎng)頻率實際貢獻的大小，也就是對機組于電網(wǎng)高頻、低頻運行中的一次調(diào)頻電量貢獻，其是機組一次調(diào)頻諸多指標的整合[3]。如果電網(wǎng)頻率超過調(diào)頻死區(qū)，其持續(xù)時間超出一定的時間閾值，一次調(diào)頻的作用可以是一次調(diào)頻機組電網(wǎng)頻率超過死區(qū)時段中的發(fā)電出力、初始出力差積分電量，其占據(jù)響應時間中理論計算積分電量的占比。在頻率偏差較大的時候，一次頻率的動作量會改善動作量的頻率穩(wěn)定性，其能夠?qū)︻l率的越限時間進行有效縮減，這個時候，機組一次調(diào)頻貢獻的電量會影響電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語

綜上所述，機組一次調(diào)頻中的在線監(jiān)測、性能考核與評價等可以對機組進行規(guī)范和鼓勵，一次調(diào)頻、維穩(wěn)作用充分發(fā)揮出來。機組調(diào)頻輔助服務的關鍵標準，于一次調(diào)頻性能的評價很標準方面已經(jīng)在探究與應用，可是精準性、全面性方面依然有很多可以優(yōu)化的空間。此外，制定了調(diào)頻補償規(guī)則，消除同機組AGC共同作用產(chǎn)生的影響。