风电机组参与一次调频发展现状

关于风电机组参与电力系统一次调频的国内外研究现状 1国内研究现状 参考文献中文文献 1 双馈感应风电机组参与系统一次调频的控制策略研究 曹张洁 西南交大硕士学位论文 2 变速恒频风电机组参与一次调频的控制方法研究 邹贤求 湖南大学硕士学位论文 3 变速恒频双馈风电机组频率控制策略的改进 邹贤求 电力系统及其自动化学报 4 变速风电机组调频特性分析及风电场时序协同控制策略 王洪涛 电力系统自动化 5 大规模风电并网对系统频率影响分析 蒋大伟 东北电力大学硕士学位论文 6 双馈变速风电机组频率控制的仿真研究 关宏亮 电力系统自动化 7 双馈风力发电机参与系统频率调节新方法 薛迎成 高压电技术 8 双馈风电机组参与系统辅助频率控制的仿真 冯学敏 电力与电工 9 变速恒频双馈风电机组频率控制策略 曹军 电力系统自动化 10 变速恒频双馈电机风电场综合控制系统研究 曹军 浙江大学硕士学位论文 11 变速恒频双馈风力发电机辅助系统调频的研究 彭喜云 电力系统保护与控制 12 超速与变桨协调的双馈风电机组频率控制 张昭遂 电力系统自动化 13 双馈风电机组频率控制建模及其应用研究 吴迪 华北电力大学硕士学位论文 14 变速风力发电机提供调频备用容量研究 薛迎成 电力自动化设备 15 飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制 孙春顺 中国电机工程学报 1国外研究现状 外文文献 16 WindTurbines KineticEnergyStoragePotentialforFrequencySupport 17 Short TermFrequencySupportUtilizingInertialResponseofDFIGWindTurbines 18 Frequencysupportfromdoublyfedinductiongeneratorwindturbines 19 Dynamicparticipationofdoublyfedinductiongeneratorinautomaticgenerationcontrol 20 OutputPowerCoordinationControlforWindFarminSmallPowerSystem 21 AdvancedConceptforParticipationofLargeWindFarmsinAncillaryServices 22 ParticipationofDFIGwindturbinesinfrequencycontrolancillaryservicebyoptimizedrotationalkineticenergy 23 Primaryload frequencycontrolfrompitch controlledwindturbine 24 CoordinationofWindFarmsandFlywheelsforEnergyBalancingandFrequencyRegulation注 以上外文文献均出自IEEE 2总结 主要机型 基于双馈感应电机的变速恒频风电机组 DFIG 基本思路 使风电机组具备类似于同步发电机组的频率响应及调频控制能力 而这主要取决于风电机组或风电场的有功备用容量的大小 因此 风电机组参与系统调频的能力也就体现在有功备用容量的获取上 2总结 表1DFIG风电机组频率基本控制策略研究现状汇总 2 1附加储能系统 2 1 1飞轮储能 工作原理 当电网未出现频率偏移时 用飞轮的充 放电来补偿风力发电机输出功率的波动 使风力发电 飞轮系统总输出功率较平稳 当电网出现频率偏移时 通过飞轮的充 放电控制 使风力发电 飞轮系统具有类似于传统同步发电机组的频率控制特性 图2 1风力发电 飞轮系统配置图 图2 2风力发电 飞轮系统功频综合控制图 2 1 2燃料电池储能 图2 3燃料电池储能原理图 图2 5燃料电池频率控制图 图2 4燃料电池电气接线图 控制原理 燃料电池储能和飞轮储能的思路是一样的 只是所提供的能源类型不一样而已 SMES超导储能因为维护超导低温的费用昂贵 很难在实际中应用 故不做讨论 2 2利用风电机组自身有功功率控制 2 2 1转子动能控制 KEC 控制原理 通过改进风电机组的有功功率控制系统将存储在风机转子上的旋转动能与电磁功率进行相互转换 控制过程 附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号 进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出 图2 6惯性控制 图2 7比例控制 基本控制策略 惯性控制和比例控制 图2 8惯性与比例协调控制 2 2 1转子动能控制 KEC 比例控制是在惯性控制的基础上产生的 二者产生的基本原理的区别如下 惯性控制是频率变化参考惯性响应实现的基本原理来设计控制环节 通过系统频率的变化率来获得额外的有功参考信号 从而使DFIG风电机组具有虚拟的惯性响应 故又称虚拟惯性控制 而比例控制是模拟传统同步发电机的功 频下降特性来设计频率控制环节 即通过频率偏差和有功功率变化值之间的下降比例关系来获得所需的额外有功参考信号 进而当系统频率变化时根据需求调节有功输出的变化量 也称下降控制 二者的联系与区别 随着研究的进一步深入 将上述两种常用惯性控制方法结合起来对附加频率控制环节进行改进和完善的控制策略也已被提出 如下图2 8所示 2 2 2功率备用控制 PRC 控制原理 通过控制风电机组使其进行减载运行 从而预留一定的功率备用并以此来支持系统调频 此时风电机组工作在次优功率跟踪点上 图2 9由桨距角控制和变速控制风力减载运行 2 2 2功率备用控制 PRC 图2 10桨距角控制框图 图2 11超速控制原理图 基本控制策略 桨距角控制和超速控制 桨距角控制基本原理 运用桨距角控制方法时 保持风电机组稳态运行时的转速在当前风速时的最优转速上 如图2 9中的点A所示 在定风速和定转速的条件下 桨距角由 1变为了较大的桨距角 2 有功功率输出减小 减小的有功功率便作为风电机组的功率备用以对系统调频提供支持 超速控制基本原理 增大或减小风机转速使其运行在一个小于最大功率输出点的新运行点上 从而产生一定的功率备用 当系统频率下跌时 即可再通过转速的改变来移动风机的运行点并使之向最大功率跟踪曲线上的点靠近 以提高风电机组的有功输出 图2 11桨距角与超速协调控制 二者的联系与区别以及优缺点 2 2 2功率备用控制 PRC 相比转子动能控制 桨距角控制和超速控制能够实现对风电机组长时间的减载调频支持 而对比变桨控制和超速控制 超速控制在特定场合下具有以下优势 一是超速法替代变桨法时可减少频繁变桨对机械装置的磨损 二是转速控制基于交流变频控制技术 其控制速度远比桨距控制快 然而 超速法仅能单独应用于低风速的工况 这是因为在中高风速情况下 风电机组转子转速已接近甚至等于机组的最大转速上限 无法实现超速减载 此时 应配合使用变桨法进行协调控制 实现不受风速限制的减载