風(fēng)電場智能控制與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度技術(shù)研究

邢洪亮+謝冬梅

摘 要：在風(fēng)力發(fā)電引起的各種問題中，風(fēng)力發(fā)電引起的頻率波動越來越引起人們的重視。眾所周知，風(fēng)電具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和波動性，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電占電網(wǎng)的比例較高，這將對控制系統(tǒng)的頻率帶來很大困難，因此有必要研究風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)頻率控制技術(shù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；頻率；頻率波動；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.151

1 建立風(fēng)電機(jī)組參與頻率調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型

風(fēng)電的電力系統(tǒng)模型的建立，以及分析驗證風(fēng)速的波動，解耦的風(fēng)扇和不同的風(fēng)電穿透功率控制三種條件下，風(fēng)力發(fā)電對電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性的影響。對風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型的建立和雙饋電機(jī)的工作原理和單位流量的能力，提出了一種矢量控制策略對轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器，和最大功率分析雙饋發(fā)電機(jī)跟蹤過程中，對于戰(zhàn)略單元頻率的研究的理論基礎(chǔ)提供。

2 分析雙饋及直驅(qū)機(jī)組輸出功率的控制能力

對附加輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化的研究，通過對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)頻率波動的不同響應(yīng)速度，提出了變速風(fēng)力機(jī)虛擬轉(zhuǎn)動慣量的概念。通過分析和驗證，雙饋單元和直接驅(qū)動單元具有良好的參與調(diào)頻的條件，為單元頻率控制策略的設(shè)計提供了支持。

研究基于功率追蹤曲線切換的慣性控制策略和基于載荷度變化的一次頻率控制策略：為了使電機(jī)具有更好的頻率響應(yīng)特性，根據(jù)風(fēng)力機(jī)的功率控制方式的分析，功率開關(guān)曲線慣性控制策略和基于負(fù)載變化頻率控制策略的研究跟蹤，并給出了一個具體的、詳細(xì)的過程。

基于功率曲線跟蹤開關(guān)慣性控制策略，當(dāng)系統(tǒng)頻率由于電力負(fù)荷的功率不平衡開始波的頻率變化率和頻率偏差立即升高和額定值也大幅增加，此時通過df / dt的頻率和F兩計算一形成一個穩(wěn)定的狀態(tài)跟蹤曲線的信息量，該曲線是由功率跟蹤可以對慣性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)產(chǎn)生。

在基于負(fù)荷變化的一次調(diào)頻策略中，通過負(fù)荷控制實現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻響應(yīng)。在調(diào)制過程中，功率跟蹤曲線按預(yù)定模式移動，即當(dāng)系統(tǒng)頻率增加時系統(tǒng)頻率降低時，增大曲線系數(shù)以增加輸出功率。減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力、輸出功率控制的系數(shù)曲線可以改變。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化控制策略實質(zhì)上是在跟蹤過程中達(dá)到另一個狀態(tài)的頻率響應(yīng)，因此變頻調(diào)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在功率跟蹤曲線的移動方式更為合適。

3 制定風(fēng)電場二次調(diào)頻功率智能分配策略

在同一風(fēng)力發(fā)電場，不同的機(jī)組可能有不同的運(yùn)行條件。在風(fēng)電場實時監(jiān)測預(yù)報信息的基礎(chǔ)上，考慮風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的差異，提出了兩種風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻接收指令。其目的是使風(fēng)電場既能有效地完成調(diào)頻任務(wù)，又能減少經(jīng)濟(jì)損失。

分析風(fēng)電場控制優(yōu)化策略和風(fēng)電場的兩種調(diào)頻指令，根據(jù)不同機(jī)組的不同運(yùn)行工況，采取不同的分配方式，將兩個調(diào)頻任務(wù)集中在每一個單元下，并能有效地完成調(diào)頻任務(wù)要求。策略優(yōu)化方法是利用機(jī)組實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和短期風(fēng)電功率預(yù)測數(shù)據(jù)，盡可能準(zhǔn)確地判斷機(jī)組功率，從而能有效、準(zhǔn)確地對調(diào)頻機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，減少棄風(fēng)。對于兩個調(diào)頻任務(wù)，風(fēng)電場中各單元之間的差異是基于短期風(fēng)預(yù)報下機(jī)組運(yùn)行的延時。

風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的總體結(jié)構(gòu)和策略研究：如何設(shè)計風(fēng)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)在FM研究；基于電網(wǎng)頻率的要求，通過分段合理措施保留風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)力渦輪機(jī)對經(jīng)濟(jì)速度的能力，和風(fēng)速閾值（通過設(shè)置風(fēng)速、價值更高的風(fēng)速風(fēng)機(jī)頻率，不小于FM）進(jìn)行了深入的分析和風(fēng)削減百分之損失，其目的是提出風(fēng)力和風(fēng)速活動邊緣閾值設(shè)置方法。

4 風(fēng)電場有功智能分配控制策略

風(fēng)的速度段和軌道在高速段的次優(yōu)功率曲線的研究中，如何使用速度控制和俯仰角控制，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個或兩個調(diào)頻，通過仿真和驗證的一個或兩個調(diào)頻策略設(shè)計，與現(xiàn)有方法的調(diào)頻效果控制。一種基于DIgSILENT /電力系統(tǒng)的仿真模型，工廠和Matlab/Simulink建立驗證風(fēng)機(jī)的頻率調(diào)節(jié)的影響。

設(shè)計集群風(fēng)電場之間的有功智能分配策略，以風(fēng)電場的容量自由度比例為依據(jù)來進(jìn)行分配。當(dāng)風(fēng)電場獲得電網(wǎng)分配的有功計劃后，再將其依據(jù)一定的原則分配給各風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在機(jī)組分類的基礎(chǔ)上研究風(fēng)電場升功率和降功率有功分配算法，對風(fēng)電場內(nèi)的各風(fēng)力發(fā)電機(jī)給出有功智能分配策略和算法。

5 結(jié)論

基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，吸收國外相關(guān)領(lǐng)域新思想、新技術(shù)，采用理論分析、計算機(jī)仿真與實際案例對比驗證相結(jié)合的研究方法。通過風(fēng)電場CFD建模、功率曲線修正技術(shù)研究揭示兩者與風(fēng)電功率預(yù)測準(zhǔn)確度的內(nèi)在聯(lián)系。基于風(fēng)電功率預(yù)測信息，提出適合風(fēng)電場參與電網(wǎng)頻率控制的功率整定與分配方法，運(yùn)用實際風(fēng)電場并網(wǎng)電氣拓?fù)浜蜆?biāo)準(zhǔn)IEEE配電網(wǎng)模型進(jìn)行仿真研究。對仿真及實驗結(jié)果對理論模型和優(yōu)化方法進(jìn)行修正完善，直至理論與實際結(jié)果相統(tǒng)一。

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