基于分頻原理和區(qū)域控制的風(fēng)儲(chǔ)火聯(lián)合調(diào)頻策略

1、基于分頻原理和區(qū)域控制的風(fēng)儲(chǔ)火聯(lián)合調(diào)頻策略基于分頻原理和區(qū)域控制的風(fēng)儲(chǔ)火聯(lián)合調(diào)頻策略曲彤，蘇小林，閻曉霞，譚逸雪（山西大學(xué)電力工程系，太原030013）摘要：為解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來的系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定問題，在分析儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組、火電機(jī)組調(diào)頻特性的基礎(chǔ)上，提出了風(fēng)儲(chǔ)火聯(lián)合調(diào)頻策略。在一次調(diào)頻中，以所提出的分頻系統(tǒng)自動(dòng)確定風(fēng)儲(chǔ)火的有功出力，提高了系統(tǒng)調(diào)頻速度和調(diào)頻質(zhì)量。二次調(diào)頻是在考慮一次調(diào)頻容量的需求條件下，提出了計(jì)及機(jī)組備用大小、經(jīng)濟(jì)

2、性、安全性、區(qū)域控制要求的聯(lián)合調(diào)頻策略，減輕了火電機(jī)組調(diào)頻負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的頻率調(diào)整速度和頻率穩(wěn)定性。通過仿真試驗(yàn)分析，結(jié)果表明所提出的聯(lián)合調(diào)頻策略較傳統(tǒng)調(diào)頻方式更適合于高風(fēng)電滲透率的電力系統(tǒng)調(diào)頻。關(guān)鍵詞：雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；頻率穩(wěn)定性；一次調(diào)頻；二次調(diào)頻中圖分類號(hào):TM93文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10011390(2018)00000000Frequencycombinationadjustmentmodulationst

3、rategyofwindpowerenergystagethermalpowerunitsystembasedonfrequencydivisionregionalcontrolprincipleQuTongSuXiaolinYanXiaoxiaTanYixue（(DepartmentofElectricalEngineeringShanxiUniversityTaiyuan030013China）)Abstract：Indertoso

4、lvetheproblemofsystemfrequencyinstabilitycausedbylargescalewindpowergridconnectionbasedontheanalysisofenergystagesystemwindturbinethermalpowerunitfrequencymodulationacteristicsthispaperputsfwardafrequencycombinationmodul

5、ationstrategyofthecombinedsystem.Intheprimaryfrequencymodulationtheactivepoweroutputofeachsourceisdeterminedbytheproposedfrequencydivisionsystembythiswaythefrequencymodulationspeedqualityofthesystemareimproved.Secondaryf

6、requencymodulationbasedonthecapacitydemofprimaryfrequencymodulationacombinedfrequencymodulationstrategyisproposedacombinedfrequencymodulationstrategyconsiderringthereservesizeofeachuniteconomicsafetyregionalcontrolrequir

7、ementssoastoreducetheburdenofthermalpowerunitoffrequencymodulationimprovedthefrequencyadjustingspeedstabilityofthesystem.Thesimulationresultsshowthattheproposedcombinedfrequencymodulationstrategyismesuitablefpowersystemf

8、requencymodulationwithhighwindpowerpermeabilitythanthetraditionalfrequencymodulationmethod.Keywds：doublyfedwindgeneratbatteryenergystagesystemfrequencystabilityprimaryfrequencymodulationsecondaryfrequencymodulation0引言并網(wǎng)型

9、風(fēng)力發(fā)電因間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性和不確定性，給電力系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)行帶來諸多問題，尤其是在高風(fēng)電滲透率下，電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題更為突出。在以火電為主的電力系統(tǒng)中，火電機(jī)組有功功率調(diào)整是電力系統(tǒng)調(diào)頻的基本手段。但在高風(fēng)電滲透率下，僅依靠改進(jìn)火電機(jī)組調(diào)頻方式[12]，在調(diào)頻速度和調(diào)頻容量上將受到限制。通過對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行有效控制，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)輔助調(diào)頻[35]。例如，文獻(xiàn)[6]提出按次優(yōu)功率點(diǎn)運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組參與電力系統(tǒng)調(diào)頻，可減少傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)

10、頻負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。但同時(shí)，風(fēng)電參與調(diào)頻可能會(huì)帶來頻率的二次跌落。利用儲(chǔ)能輔助電力系統(tǒng)調(diào)頻frequencymodulation1.2電池儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)頻電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）因其響應(yīng)速度快、能量密度高、功率和容量配置靈活、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于電力系統(tǒng)頻率的快速調(diào)整。BESS包括儲(chǔ)能單元、電池管理系統(tǒng)、電壓源型換流器（VSC）和LC濾波單元等。儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間的能量雙向流動(dòng)是通過VSC實(shí)現(xiàn)的。VSC控制單元框圖如圖3所示，

11、內(nèi)環(huán)采用電流解耦控制，外環(huán)采用PI控制。儲(chǔ)能系統(tǒng)附加頻率響應(yīng)單元，通過下垂控制將系統(tǒng)頻率偏差轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能系統(tǒng)的有功功率參考值。當(dāng)系統(tǒng)頻率處于正常范圍時(shí)，BESS不與系統(tǒng)發(fā)生有功功率交換。當(dāng)頻率發(fā)生偏差時(shí)，BESS可以快速向系統(tǒng)釋放或吸收有功功率，為系統(tǒng)提供頻率支撐。下垂控制得到的儲(chǔ)能系統(tǒng)有功出力參考值為fKP??bref（3）式中為實(shí)際測(cè)量得到的系統(tǒng)頻率偏差值；f?為下垂控制系數(shù)，。bK0b?K＋－PIωL＋＋－PI＋ii=0iiu－－＋

12、u＋＋－PIPPPWMdqabcVSCωLrefdqd_refq_refdqb圖3儲(chǔ)能系統(tǒng)控制框圖Fig.3Controlblockdiagramofenergystagesystem1Ts1P(s)?fKP(s)refbbb圖4采用下垂控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)等效模型Fig.4TheeEquivalentmodelofenergystagesystemwithdroopcontrol圖4所示為儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻的等效模型。儲(chǔ)能系統(tǒng)用一個(gè)一階慣

13、性環(huán)節(jié)表示，表示儲(chǔ)能電bT池在響應(yīng)系統(tǒng)變化時(shí)的時(shí)間延遲效應(yīng)，為儲(chǔ)??sPb能系統(tǒng)有功出力值。2風(fēng)、儲(chǔ)、火調(diào)頻性能比較風(fēng)、儲(chǔ)、火在電力系統(tǒng)調(diào)頻性能上具有不同特性。從響應(yīng)速度方面比較，火電機(jī)組具有較大的慣性[17]，爬坡速率慢，在系統(tǒng)頻率跌落后需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定的有功輸出增發(fā)；風(fēng)機(jī)單機(jī)容量小、慣性時(shí)間常數(shù)小，可以較快地改變輸出有功功率；儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度最快，可以根據(jù)系統(tǒng)頻率變化迅速釋放或吸收有功功率。三者在調(diào)頻響應(yīng)速度方面的對(duì)比如表

14、1所列。表1火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)頻率響應(yīng)速度對(duì)比Tab.1Comparisonoffrequencyresponsespeedofthermalpowerunitwindpowerunitbatteryenergystagesystem火電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組電池儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度響應(yīng)時(shí)間3s；30s內(nèi)可調(diào)節(jié)調(diào)頻負(fù)荷90%；穩(wěn)定時(shí)間60s響應(yīng)時(shí)間≤3s；12s內(nèi)可調(diào)節(jié)調(diào)頻負(fù)荷90%；穩(wěn)定時(shí)間30s響應(yīng)時(shí)間1s；1.2s內(nèi)可調(diào)節(jié)調(diào)頻負(fù)荷

15、90%；穩(wěn)定時(shí)間3s從調(diào)頻容量方面比較，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)因成本、壽命、環(huán)境和充放電深度等因素限制，安裝容量相對(duì)較小，調(diào)頻能力有限，且為防止儲(chǔ)能過充或過放，時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率將受到限制。風(fēng)電機(jī)組tbP通過設(shè)置頻率響應(yīng)模塊和減載運(yùn)行，可以參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，為避免大幅度減載造成風(fēng)能浪費(fèi)，風(fēng)電機(jī)組通常采用減載10%運(yùn)行，其有功備用容量也是有限的。相對(duì)而言，火電機(jī)組的調(diào)頻容量最大。3風(fēng)儲(chǔ)火聯(lián)合調(diào)頻策略在風(fēng)電高滲透的電力系統(tǒng)中，充分利用儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電

16、機(jī)組，與火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻，通過優(yōu)化調(diào)頻策略，能改善調(diào)頻質(zhì)量和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。3.1一次調(diào)頻策略在一次調(diào)頻中，本文基于分頻器原理，將電網(wǎng)的頻率偏差進(jìn)行分頻，以決策風(fēng)、儲(chǔ)、火的有功出力。分頻器如圖5所示，它包含沖式濾波器(WashoutFilter)和分頻濾波器。Washout濾波器是一個(gè)一階高通濾波器，用于提取暫態(tài)分量，去除穩(wěn)態(tài)量和直流分量，只反映動(dòng)態(tài)的頻率變化。分頻濾波器是通過設(shè)置不同時(shí)間常數(shù)的低通濾波器實(shí)現(xiàn)，以提取動(dòng)態(tài)變化頻率的高、中

17、、低頻率部分，將頻率偏差變化最快的部分可分配給儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)，最慢的部分分配給火電機(jī)組調(diào)節(jié)。－＋－1Ts1＋sTTs11Ts1＋－＋＋?f?f?f1?f2?f火?f“?f風(fēng)?f儲(chǔ)FF1F2WWW12圖5分頻器原理Fig.5ThepPrincipleoffrequencydividerdivisonWashout濾波器和分頻濾波器的傳遞函數(shù)分別為??1sWWW??sTsTH（4）??11s??sTH（5）式中是Washout濾波器的時(shí)間常數(shù)