关键词：大规模风电项目并网运行系统；影响；稳定性控制措施
引言
随着可再生能源的开发利用规模继续扩大，电力系统中风电的比例将不断升高，为了实现风电的高效利用，消除大规模风电并网对传统电网频率稳定造成的冲击，国内外学者对风电机组联合储能参与电网一次调频开展广泛的研究，提出了风电机组与储能系统参与调频的各种控制策略。但是各种控制策略都有其自身应用的不足，不能完全满足电网调频需要。
1、大规模风电项目并网运行系统的重要意义
以风电为代表的新能源发电在电力系统中的占比逐渐增加，预计在2020年，我国风电并网装机规模将达到2.1亿千瓦以上，占比将增加至总发电容量的11%。虽然大规模风电接入系统可有效缓解能源危机，但风电出力呈现出的不确定性以及风电机组对电网表现出的低惯量特征给电网频率稳定带来了挑战。传统电力系统中，供电侧主要由出力较为平稳的火电机组构成，需求侧负荷投切时，系统频率发生波动。大规模风电并网后，供电侧出力平稳性降低，系统稳态频率波动幅度增大，需提高电力系统备用容量以平抑风电出力波动。但与此同时，备用容量的提升将降低系统运行的经济效益。对旋转备用深入优化及风电出力详细建模，风电出力不确定性引起的电网稳态频率波动问题得以有效改善。另一方面，大规模风电并网后，风电机组的低惯量特征使电网动态频率稳定问题愈加突出。随着风电在电力系统中渗透率逐渐提高，风电机组的接入替代了部分火电机组，系统惯量水平降低，致使电网动态频率稳定受到威胁。惯量降低将削弱系统对扰动功率的抵抗能力。在系统发生功率缺额情况下，低惯量系统频率变化速度较快，频率跌落幅度较大，一旦频率跌落至低频减载保护装置整定值，减载动作将引发系统大面积停电。为此，最优潮流模型中考虑动态频率约束，通过系统功率分布改善电网动态频率。优化调度模型中考虑了火电机组一次调频过程，但忽略火电机组惯量对扰动功率的迟滞能力。因此，为保证大规模风电接入电力系统后电网动态频率稳定，有必要从机组组合角度出发，在优化模型中计及动态频率约束。
2、大规模风电项目并网对电网运行系统稳定性的影响
2.1可再生能源并网对电网安全稳定性的影响
风电的发电特性完全不同于传统的同步发电机，由此导致对系统暂态稳定性的影响不同。同步发电机由于内部磁链的存在，暂态过程中常用电势表示，控制电压的能力强，但功率受到功角的影响。和同步发电机相比，风机控制电压的能力弱，但是功率的可控制力强，可以通过电力电子装置来灵敏的调节功率，不受功角影响。因此，动态过程中风机功率控制能力强而电压控制能力弱，同步机功率控制能力弱而电压控制能力强。风电控制功率能力强，控制电压能力弱，对暂态功角稳定有利，对暂态电压稳定不利。
2.2风电并网对一次调频的影响
风电发电因为风力与风电机组的特性，传统的电力系统一次调频手段已经无法满足响应频率变化需求。
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3、大规模风电项目并网运行系统稳定性控制措施
3.1风电光伏就地消纳能力优化模型
为研究电网风电光伏项目的最大消纳能力，数学模型的目标函数为当地风电光伏有功出力总值最大，即多个风电光伏电源功率之和的最大值，首先明确潮流正方向流向，根据线路潮流是否允许倒送的要求书写潮流约束条件，结合数学模型解决实际问题。风电光伏接入点，以规划的接入方案为主。若某片区内无风电光伏规划，则设置虚拟电厂，模拟风电光伏场站，以实现消纳能力计算。
3.2阶跃控制
虚拟下垂控制和虚拟惯性控制的原理都是模拟同步发电机组频率响应特性。变速恒频风电机组转子通过大量电力电子器件与电网相连，对电力电子器件下达指令，可以在短时间内快速改变转子侧变流器参考电流，迅速增加或减少输出功率，使风电机组转速发生变化，瞬时响应系统频率也发生变化，基于该原理提出了一种风电机组参与系统频率响应的阶跃控制。
3.3变桨控制
在风电机组转子转速相同的情况下，桨距角不同，风电机组的输出功率也不同。在转子转速一定时，桨距角越大，风电机组的输出功率越小，因此可以在风速、转子转速一定时，适当增加桨距角的角度，使风电机组工作状态处于次优状态，可为一次调频提供一定的功率备用，增强电力系统的一次调频能力。
3.4构建了含风电机组并网的电力系统多目标
DEED模型系统参数设置：用来仿真计算的系统包含10台常规的火电机组和100台并网的风电机组，其中火电机组参数、负荷数据以及网损系数见文献[14]，每台风电机组的额定容量1MW。调度的总时段数为24h，调度时间间隔为1h，火电机组旋转备用的响应时间TR为10min，负荷预测误差的正旋转备用系数L%取值为5%，风电机组出力预测误差的正负旋转备用系数wu%以及wd%均取值为20%，等式约束违反值的阈值ε的取值为10-4，惩罚因子取值为1000。NSMDE算法的参数设置如下：种群大小为200，变异尺度因子F为0.85，交叉概率因子CR为0.5，临界距离r0为0.001，最大迭代次数为5000。系统调度所产生的总燃料费用和污染排放量最高，随着并网的风电机组的增加，常规火电机组的出力降低，总燃料费用和污染排放量均有所减少，有利于节能减排。但是当风电机组的并网容量增长到初始时的4倍时，则无法得到最优调度解集，原因在于此时系统的所能提供的正负旋转备用无法应对风电机组的出力波动，故在安排风电机组并网时需要考虑其波动性对系统调度的影响。风电的接入能够减少火电机组的出力，降低总燃料费用和污染排放量，具有很好的经济和环境效应，但风电机组并网的容量受到了系统正负旋转备用的制约。同时，NSMDE算法克服了NSDE算法在进化后期易陷入局部最优解的缺点，提高了种群的多样性，增强其全局寻优能力，能够获得更优的Pareto前沿。
3.5含风电的频率响应快速评估模型
汽轮机及调速器等值模型：当系统有n1台汽轮机组（火电机组）时，可将系统中的汽轮机和调速器等值。采用西门子公司开发的PSS/E34.1电力系统仿真软件，搭建10机39母线新英格兰系统进行仿真分析，给出了10机39母线新英格兰系统在不同情形下切除一台大功率发电机组时，快速评估模型和时域仿真得到的频率响应曲线。对系统频率响应进行评估，精度高，耗时少，对风电接入电力系统规划和运行调度具有重要意义。
结束语
综上所述，在大规模风电项目并网运行系统稳定性控制中应用阶跃控制、变桨控制技术。随着风电并网背景下调频技术的快速发展，电力系统的频率稳定性问题将会得到有效的解决。
参考文献
[1]方冉.双馈风电机组并网振荡分析与抑制策略研究[D].哈尔滨工业大学,2018.
[2]杜飞.风电并网对莱芜电力系统稳定运行的研究[D].山东大学,2018.
[3]韩绍丹.含大规模风电电力系统储能优化配置研究[D].兰州交通大学,2018.
[4]陈珂.双馈风机并网对电力系统稳定性影响的研究[D].安徽理工大学,2018.
[5]王旭斌.锁相环作用下含风电并网电力系统振荡稳定性研究[D].华北电力大学(北京),2018.
论文作者:庞晓飞
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第17期
论文发表时间:2020/3/4
标签：风电论文; 机组论文; 系统论文; 频率论文; 电网论文; 电力系统论文; 火电论文; 《科学与技术》2019年第17期论文;