【摘 要】
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频率是电力系统的重要参数,是电力系统运行中安全稳定监控、分析的重要指标。频率稳定一直是电力系统中倍受关注的问题。频率扰动本质上是由于电力系统发电和用电的有功功率不平衡所导致的。近年来,随着电力电子器件的发展,大规模风电等新能源通过电力电子器件接入电网,降低了系统的惯性,增加了系统在严重不平衡有功扰动下发生频率失稳的风险。因此,研究含风电电力系统的频率响应模型;分析风电参与系统调频对动态频率的影响;
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频率是电力系统的重要参数,是电力系统运行中安全稳定监控、分析的重要指标。频率稳定一直是电力系统中倍受关注的问题。频率扰动本质上是由于电力系统发电和用电的有功功率不平衡所导致的。近年来,随着电力电子器件的发展,大规模风电等新能源通过电力电子器件接入电网,降低了系统的惯性,增加了系统在严重不平衡有功扰动下发生频率失稳的风险。因此,研究含风电电力系统的频率响应模型;分析风电参与系统调频对动态频率的影响;研究系统发生扰动后最低频率预测,以制定相应的频率稳定控制措施,提高电力系统频率稳定性具有重要理论和实际意义。本文围绕系统的动态频率响应模型,对风电并网对系统动态频率的影响以及扰动后系统最低频率预测进行了分析和研究,主要研究内容如下:(1)对比分析了风电参与系统调频控制中惯性控制以及一次调频控制的优缺点,针对双馈感应风电机组,分析其惯性控制对扰动后系统动态频率响应的影响,以及惯性控制回路中下垂环节以及惯性环节增益的设置对双馈感应风电机组调频效果的影响。(2)提出了基于调速器—原动机一阶等值的扰动后系统最低频率预测算法。针对传统平均系统频率响应模型,提出了一种基于调速器—原动机系统一阶等值模型的电力系统扰动后最低频率预测算法。通过对调速器—原动机系统的反馈输入进行不同形式的线性化近似,进而实现对平均系统频率响应闭环模型框架的开环处理,最终通过最低频率出现的边界条件,将描述系统频率的高阶非线性微分方程转化为耦合系统最大频率偏差的非线性代数方程。与传统电力系统频率响应模型相比,该方法能够更加快速、精确地计算出发生扰动后系统的最低频率。通过与PSS/E对新英格兰10机39母线系统的仿真结果以及ASF模型和SFR模型仿真结果进行比较,证明了所提算法在能够保持与ASF模型精度一致的情况下极大的提高预测速度。(3)提出了含风电电力系统频率响应简化模型。针对平均系统频率响应模型,考虑风电加入电力系统后系统惯性的变化及风电参与系统调频后对系统频率动态的影响,提出了含风电电力系统频率响应模型。利用调速器—原动机一阶等值的思想,通过改进模态集结法将含风电电力系统频率响应模型简化为二阶模型,该模型保留了系统频率响应模型中频率偏差、功率增量等重要特征量。该二阶模型能够快速地计算出发生扰动后电力系统动态频率响应。通过与MATLAB/SIMULINK中搭建的含风电电力系统仿真结果和含风电平均系统频率响应模型预测结果对比,证明了所提模型能够在模型简化程度高的情况下保持与含风电平均系统频率响应模型几乎一致的精度。
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