摘要：近几年来，分布式发电及微网技术在某些技术上已经取得了突破性进展，新型的分布式电网具有诸多优点。可以预见，分布式电网系统将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑。但是，分布式电源的应用将对电力系统的频率稳定性产生重大影响。为此，世界提出了分布式电网要具备参与系统频率调节的能力。本文对电力系统分布式电源的频率调整做了深入的研究，并从中找出了分布式电源参与系统调频的原理和控制方式，并专门对于采用双馈式风力发电机参与系统调频进行讨论，取得了一些成果。
关键词：分布式电源；调频技术；控制方式。
1引言
由于分布式电源发展的势在必行与其不易实现电网的频率调节的特性之间的矛盾关系，本人对如何解决这一矛盾展开了思考。经查阅相关文献，了解了分布式电源参与调频技术的现状和缺陷，提出了解决问题的方法，本人采用了双馈式风力发电机参与系统调频的方式解决这一问题。
2分布式电源
2.1分布式电源的定义
分布式电源装置是指功率为数千瓦至50 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。常见的分布式发电包括：风力发电、太阳能光伏发电系统、蓄电池、燃料电池、微型燃气轮机。
2.2分布式电源发电的研究现状
随着包括光伏、风电等可再生能源新型发电技术的发展，分布式发电逐渐成为了一种满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并且在配电网中得到了广泛应用。鉴于它具有体积小、建设周期短、低污染、经济等优点，在国内外受到了高度重视，各国都在大力发展分布式发电技术。
与此同时，分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响。因此及时跟踪和更新先进技术，对于开展分布式电源并网关键技术的探讨具有重要意义。
2.3分布式电源发电的发展前景及技术展望
对于分布式电源的技术创新，未来将着眼于新型微源及其综合应用、网络拓扑及供电形式多样化和超导技术等方面，从而使微网更高效、更灵活、容量更大。
对于分布式电源的进一步改善，未来将着眼于分布式电源的智能化、对电力市场的要求及其促进作用、对电网安全防御的地位及作用、分布式电源改善能源结构、促进低碳经济发展等方面。
中国“十二五”期间，国家规划纲要提出大力发展水电事业，并有效发展风力发电，积极发展太阳能、生物质能等其他新能源，促进新能源健康持续的发展。《电力工业“十二五”规划研究报告》指出“十二五”期间电源投资约为27500亿元，占全部电力投资的52%，到2015年，水电总装机容量达到2.84亿千瓦，风电装机容量达到1亿千瓦，太阳能装机容量达到200万千瓦。
3 分布式电源参与系统调频的控制策略
3.1电力系统频率调整的必要性
频率电能质量的指标是频率和电压的偏移，频率偏移以赫兹（Hz）表示，我国规定电力系统额定频率为50Hz，允许的波动范围为±0.2-0.5Hz。允许频率偏移的大小反映了一个国家的工业发展水平，这与电力系统管理和运行水平有关。
电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响，所以保持频率在一定范围内非常重要。
3.2分布式电源参与系统调频原理与控制方式设计
对于传统电力系统的频率调节系统，主要是由调速器，发电机组和电网等环节组成。进入原动机的动力元素是由调速器控制的。频率变化时，调速器首先反应，进行频率的一次调节。它的动作较快，是电力系统频率和有功功率调节系统基本组成部分，是电力系统调特性的基础。
但分布式电源一般不具备该功能，如双馈发电机的转子通过电力电子转换器和电源系统的间接连接，所以变频调速和功率双馈电机系统没有直接的耦合关系，所以它没有传统同步发电机作为一个频率。以双馈风力发电机系统的调整频率，我们可以使用双馈异步风力发电机具有一定的备用容量的有功功率备用控制方法，然后在频率响应能力的控制系统的双馈发电机附加频率控制，使双馈风力发电机的控制瞬时有功功率和频率的变化，从而实现电力系统频率的风力发电机。此外，传统的电池储能系统是不是在电力系统频率调整，它没有类似的同步发电机频率的函数，它只是作为一个电源的电力系统，为了使电池储能系统有能力，我们必须通过模拟传统的下垂特性使电池储能调频曾经在电力系统频率控制系统。
3.3双馈风力发电机参与系统调频的原理
双馈异步风力发电机（DFIG，Double-Fed Induction Generator）是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。”双馈“的含义是定子电压由电网提供，转子电压由变流器提供。该系统允许在限定的大范围内变速运行。通过注入变流器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补偿。在正常运行和故障期间，发电机的运转状态由变流器及其控制器管理
双馈发电机在系统频率调制和有功储备中的控制原理如图1所示。从图中，风速、功率变频输入控制器的双馈风力发电机，控制器会根据这些变量的参考功率的风力发电机，根据沥青参考功率信号发生器和风力机的转矩控制来调整其输出功率，输出功率低于最大输出权力，即没有MPPT控制，从而获得主动备用。当降低系统频率时，控制发电机转矩，以便发电机释放存储在转子中的旋转动能以参与电力系统的初级频率调制。此外，我们还可以控制风力涡轮机的俯仰角，风力涡轮机的俯仰角减小，提高风力机风能利用系数，从而捕获更多的风能机械输入功率的增加，这样可以增加风电机组输出功率，这在电力系统频率调整。此外，我们还可以提供风力发电机控制器的惯性响应增加在惯性响应，以获得虚拟链路的惯性，当频率的变化，产生的机会取决于它的惯性在电力系统的一次调频。
图1
3.4双馈风力发电机参与系统调频控制方式设计
1、控制方法的基本思想
为了解决上述功率与调频问题，本文提出了一种新的控制方法，这种控制方法可以在任何速度下获得有功功率待机，它主要是通过功率因数和速度设定参考点来获得有源备用。当频率是正常的，所以风机有一定的储备功率尽可能，当系统频率的波动，可以使用活性剂对系统频率响应提供支持，使系统压力降低，控制方法考虑风力涡轮发电机系统备份FM的积极参与也考虑在正常条件下风力发电机的有功功率输出。
2、风扇超速减载控制原理
以下首先介绍双馈风力发电机的功率备用方法。主要有两种控制方法：俯仰角控制方法和超速减载控制方法。超速减载控制方法比在通过控制转子转速的转速跟踪最大功率曲线的最佳工作点，从而降低了风力发电机的有功功率输出，这是存储在转子做积极的动力储备能量中的一部分，该方法的响应速度比俯仰角控制方法要快得多，可以减少由于磨损造成的频繁变换风力机变桨的机械装置。因此，本文提出的控制方法是：当风速低于额定风速时，双馈风力机减载控制方法采用超速和变桨距控制方法，当风速高于额定风速时，采用双馈风力发电机组的桨距角控制方法。当风速小于额定风速时，可以在最大功率跟踪模式下工作点移动风机，从而得到新的减载运行跟踪曲线，如图2所示。
图2
3、双馈风力发电机附加频率控制环节设计
为了使双馈风力发电机组参与电力系统的频率调整，我们必须在双馈风力发电机组的控制系统中附加频率控制环节，这样当风速小于额定风速时，我们就可以通过控制双馈风力发电机组减载运行储备的有功功率进行系统的一次调频，双馈风力发电机组的频率控制环节一般加在转子侧变流器上。双馈风力发电机进行超速减载调频原理以及在转子侧变流器附加的频率控制环节设计如图3所示。
图3
4 结 语
分布式能源可使用可再生能源，也可以利用废弃资源，对于改善环境具有重大意义，并且基于可再生能源的分布式电源在促进经济可持续发展中具有重要作用，分布式电源的发展是大势所趋。但其对于电力系统频率调节技术的需求较高，如果处理不当将对电网造成不利的影响：当系统负荷变化时，频率会发生变化，由于分布式电源一般没有参与电力系统频率调节能力，当分布式电源并网容量的增加，如果分布式电源通常不参与电力系统频率的调节，并支持系统惯性频率响应频率会减小波动下的惯性系统的速度快，频率偏差较大时，系统的频率稳定性也较差。本文讨论了双馈式风力发电机参与系统调频的原理和技术，可以较好的解决这一问题。
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论文作者:李昕泽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：分布式论文; 频率论文; 电源论文; 电力系统论文; 系统论文; 功率论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第28期论文;