风电参与电力系统频率调节的策略研究

随着我国风力发电的快速发展，电网中的风电渗透率变得越来越高。目前风电机组普遍采取最优功率输出策略，对电力系统频率缺乏支撑作用，易造成系统频率污染。国家标准《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2011），虽对风电机组并网运行时的频率范围进行了规范，也涉及到有功功率控制问题，但尚未明确风电场参与电网调频的具体要求。本文针对双馈感应发电机（DFIG）型风电机组和风电场适度参与电力系统调频的有关策略问题展开研究，以期对高渗透率电网中的风电参与电力系统的调频提供技术支持。 在风电机组参与电力系统频率调节的过程中，为适应调节需求，通常必须使DFIG降载运行。因此，本文首先对DFIG次优功率运行的有功功率保留策略进行研究，目的是使DFIG在满足系统调频能力要求的同时，兼顾风电场的经济损失。研究分别针对一、二次调频有功功率保留方式展开，提出追踪曲线分段处理策略，并依据系统对风电场调频能力的要求和风电场可承受经济性损失两个约束条件进行参数整定。当风速高于门槛风速时，DFIG保留部分有功功率，保留值根据转速不等率整定，并依据常规机组转速不等率，适当地对DFIG进行放宽。同时，依据我国对电力系统频率偏差的规定，对DFIG因承担调频需要预留的有功功率余量进行折算。 然后，对DFIG一次调频的控制方式进行研究。在对比分析目前已有的转速控制方法和次优功率转速控制方法的基础上，本文选择次优功率转速控制方法并增加桨矩角控制环节，使DFIG的一次调频效果更趋稳定。 对DFIG参与系统二次调频问题，本文提出综合利用桨矩角控制和次优功率运行方式的策略。桨矩角调节是一个机械过程，变化速度相对较慢，但能够满足二次调节的要求。考虑到实用化的要求，本文对桨矩角和输出功率之间的函数关系加以适当简化，有效地降低了控制方法的阶数。DFIG参与一、二次调频的联合仿真表明，论文策略可使DFIG有效完成调频任务。 最后，研究了风电场调频优化策略，以及风电场接收二次调频指令后向机组分配任务的机制，提出了一种基于负荷实时监测和短期预测数据、依其波动成分有针对性地启动相应调频方式的优化方法，并根据场内风电机组之间的工况差异和机组下一时段运行工况的预测情况，对调整量进行优化分配，使风电场在控制经济损失的同时有效完成电网下达的调频任务。 本文上述研究，有助于完善风电机组一、二次调频方法，其控制策略能够兼顾调频能力和机组运行经济性：对风电场调频策略的优化，进一步降低了风电场弃风量，使经济性得到改善；二次调频任务在风电场中分配方式的有差策略，使风电场二次调频任务更能够顺利完成。 本文得到国家高技术研究发展计划项目（863计划）《高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范》（2011AA05A105）和国家自然科学基金项目《含间歇式能源的大型电力系统绿色能效协联优化理论研究（》50877014）资助。