风力发电参与系统调频的优化控制方法

• 作 者: 胡家欣
• 出 处: 华北电力大学(北京)
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 风力发电 频率控制 参数优化 调频能力 备用分配

随着国家能源供给结构调整的不断深入,新能源装机在系统中占比不断提升,大量电力电子装置接入降低了系统等效惯量常数,给系统一次调频带来挑战。风力发电在系统频率调整中的角色越来越重要,其快速灵活的控制特点为利用其进行系统调频提供了可能性。风电机组频率响应特征不明确,风电场内功率分配受机组调频能力影响大,系统风电调频能力估计不准,都使风电调频的利用效果不佳。深入研究风电机组调频机理和优化控制方法,研究风电场参与调频的功率分配方法,研究系统中风电调频能力的估算方法对于系统性解决风电参与系统调频的难点有重大意义,对于新能源消纳能力的提升和能源消费结构的改革有深远的影响。本文从风电机组层面、风电场层面以及系统层面逐级探讨了风力发电参与系统调频的优化控制方法,主要工作如下:(1)构建了风电机组频率控制模型,根据规模化新能源接入的电力系统频率响应特性,提出了基于输出功率控制的调频方法,针对无备用风电机组设计了转速恢复控制策略,避免了二次频率降落,针对有备用风电机组提出了转速和桨距角协调控制方法,使备用功率精确释放。采用遗传算法和拉格朗日乘子法分别对无备用和有备用风电机组的频率控制器参数进行优化,通过风电机组参与调频的仿真计算,验证了所提频率控制方法对系统频率控制效果的改善和对风电机组安全稳定运行能力的提升。(2)针对不同风速条件,对风电场内机组划分了不同的运行状态,并提出相应的风电机组调频能力评价指标,基于转子旋转动能大小和换流器容量建立无备用风电机组调频能力评价模型,利用多评价指标综合评分法建立有备用风电机组调频能力评价模型,根据量化结果的排序来分配调频功率,减少了场内参与频率控制的风机数量,提高了风电场频率调整效果。基于所提风电机组频率控制方法分别对无备用和有备用风电场提出了频率控制方法,并构建了多机风电场模型进行仿真计算,验证了所提风电场内调频机组确定方法的有效性和所提风电场频率控制方法对调频效果的改善。(3)针对系统层面,提出了计及风电出力和负荷预测误差的系统备用容量计算方法,建立综合考虑经济性和目标效益的机会约束优化模型,采用混合智能算法进行求解,对风电场和传统发电厂的备用容量进行优化配置。在IEEE14节点测试系统中,验证了备用容量分配方法的正确性和有效性。仿真结果证明所提备用容量优化配置方法可对经济性和频率控制效果的综合表现进行优化。