风电参与电力系统调频综述史记

风电参与电力系统调频综述史记

史记

（国电陕西新能源有限公司陕西西安710000）

摘要：目前，风电并网运行逐渐具有了更大的渗透率，在该种情况下，将风电应用到电网频率调整工作当中，以此对系统运行稳定性进行增强则成为了一项世界范围内的研究重点。在本文中，将就风电参与电力系统调频进行一定的研究与综述。

关键词：风电；电力系统调频；综述；

1引言

在全球环境保护意识不断加强的情况下，具有可再生、无污染特征的风能发电目前受到了世界范围内很多国家的重视。在此过程中，为了使风电机组在电力系统频率变化方面具有更好的响应特征，对系统的频率稳定性做好维持，国内外部分电网提出了需要风电场参与到系统调频工作当中，对此，即需要能够做好该方面策略的重视与研究，更好的达成工作目标。

2风电参与系统调频控制策略

2.1转子动能控制

在该控制方式当中，其原理即在系统有功功率系统当中对一个频率控制环节进行增加，以此对转子当中的旋转能动能够同电磁功率间实现转换，在使系统频率调整当中具有旋转动能参与的情况下对系统频率的稳定性做好维持。在转子动能控制当中，其具体实现方式有以下几种：

2.1.1虚拟惯性控制

该方式也称作惯性控制或者惯量控制，即将附加控制环节加入到风机有功控制部分当中，在此过程当中即能够形成类似常规发电机组的惯性效应。在该方式当中，其所获得的额外有功参考信号能够根据系统频率间所存在的正比关系获得。目前，有研究人员对风电机组系统频率变化以及虚拟惯性间关系的研究，在对系统频率变化情况进行检测的基础上实现风功率跟踪曲线的调节，在对机组隐藏动能进行释放的基础上使其能够参与到频率调整当中。而在此过程频率逐渐恢复的过程当中，风电机组转速则将逐渐提升，最终达到最大功率，在对有功功率加速吸收的情况下发现能够使系统出现二次频率跌落问题。对于该问题，有研究人员将输入信号应用为机组转子转速的跌落幅值，在经过一系列整定处理后对二次跌落控制信号进行生成，在同风机有功控制信号进行叠加处理的基础上对二次跌落问题形成抑制，同时实现双馈风电机组自身调频能力的提升。总体来说，虚拟惯性控制的功能即对系统暂态当中频率可能出现的快速变化情况进行阻止，在电网频率下降、风机提供一定功率支撑后，转子转速则将恢复至正常状态。而如果在此过程当中风速没有发生变化，那么转子在该过程当中则将吸收、释放相同的动能，且不会提供能量对系统的频率响应，对此，其在整个过程当中所具有的持续时间非常短，很可能发生二次跌落问题。

2.1.2下垂控制

在该控制方当中，其原理即对同步发电机的功-频静态特性曲线进行模拟，即将同频率偏差具有正比关系的有功功率变化值加入到参考值上，以此对风电机的有功出力进行适时的调节。对于风速来说，其自身随机性以及波动性特征的存在，使用固定系数下垂控制策略则无法对风机的调频能力进行充分的发挥。对于该问题，有研究人员对机组运行工况下对可变下垂系数的控制方式进行使用，即在不同风速区通过不同方式的应用实现下垂控制系数的整定，在将减载控制同下垂控制方式相结合的基础上对不同风速转台下控制方式参与到调频能力的差异特征进行协调，以此实现系统频率响应能力的提升。

2.2功率备用控制

在该控制方式中，即在对风电机组进行控制的情况下使其能够减载运行，通过一定功率备用于略对系统调频提供支持。其具体方式，有转子转速控制与桨距角控制这两种，即根据实际情况选择两种方式使风机处理同最大值相比较小，以此实现一定备用容量的留出。

2.2.1桨距角控制

在该控制方式当中，其主要思想即通过对桨距角的增加实现风电机组有功输出进行控制，使其能够同额定值相比较低，并将多出的能量作为机组的功率备用。在风况保持恒定不变时，当桨距角值越大时，则将获得更大的机组留用有功备用。从理论层面看来，桨距角控制方式非常适合应用在全风速工况之下，但在机械部分参与的情况下，桨距角调节速率通常在10deg/s，且机组变桨频繁动作情况的存在，也将对风机的使用寿命产生影响，提升了检修成本。对于该问题，有研究人员通过下垂控制方式的应用对桨距角本身响应速度较慢的问题进行了弥补，通过下垂控制同减载控制两者相结合方式的应用实现系统频率响应特性的改善。也有研究者对在线的桨距角方式进行了提出，在该方式当中，根据实时减载命令对桨距角进行控制，能够更好的适应风机运行复杂工况。

2.2.2转子转速控制

在该控制方式当中，可以通过对风机转速减小或者增大的方式实现控制目标，在实际操作当中，如果仅仅通过对转速进行降低的方式对风电机组的有功出力就进行减小，则可能导致小干扰稳定问题的发生，对此，则经常是以超速控制方式实现对转子转速的控制。目前，已经有研究人员在风速工况下对恒功率以及恒动量两种方式在转子超速运行方面的控制效果进行了对比，根据对比结果发现，恒功率备用方式在频率调节方面具有着较好效果，而恒动量法在实际控制中具有着更小的发电损失。对于超速控制来说，其具有着较快的响应速度，能够对一次频率备用进行提出。而在实际运行当中，受到转子转速幅值的影响，其仅仅适合应用在较低的风速情况下，且风机也将较长时间工作在低于额定功率的状态下，并因此对风电场效益产生了较大的影响。

2.3附加储能系统频率控制

对于储能系统来说，其能够以较快的速度实现能量的吐纳，不仅能够对风电的随机波动情况形成抑制，且将较好的参与到系统调频工作当中。其具体原理，即当系统频率降低时，该储能系统将以较快的速度对能量进行释放实现系统频率的支撑，而在系统频率处于上升状态时，则能够对系统频率的进一步上升形成抑制作用。在该系统中，其在辅助风电调频时需要对额外的设备进行增加，并因此将影响到风场运行的经济性。为了对风场运行成本进行减少，则需要在评估经济性的基础上做好适当大小储能系统的配置，其容量以调频实际需求为基础进行设计，且将受到较大来自频率支持能力以及风场规模的影响。

3结束语

在上文中，我们对风电参与电力系统调频进行了一定的研究与综述，在未来工作当中，需要进一步加大该方面研究力度，不断提升系统的风电接纳能力。

参考文献

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