高比例风电对电力系统调频指标影响的定量分析

发布时间：2020-02-18 21:27

【摘要】：风电对电力系统现有调频体系的影响是否显著历来存在争议。文中考虑常规电源、负荷等与风电频率特性的交互作用,推导了含不同比例风电的系统总功率波动概率模型,进而得到最大频率偏差、静态频率偏差、一/二次调频调整速度、调频备用需求等关键调频指标随置信区间变化的概率表达式,从而提供了定量分析风电对系统调频体系影响的方法。对电网进行仿真分析提供了参考性结论。
【图文】：

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在静态频率偏差；③二次调频，若静态频率偏差过大，，则自动发电控制（ＡＧＣ）下达指令调整发电机出力整定值，作用于燃烧系统（火电机组）或水阀（水电机组），增大发电机出力。系统调频特性通常用５个指标来衡量：①最大频率偏差Δｆｍａｘ；②静态频率偏差Δｆｓｔ；③一次调频调整速度，即某单位时间内常规机组参与一次调频功率爬坡量；④二次调频调整速度，即某单位时间内二次调频机组功率爬坡量；⑤调频备用容量需求。大规模风电并网后，对上述调频体系及关键指标的影响如图１所示。图１（ａ）中曲线１和２分别为风电接入后和接入前的频率曲线对比。风电接入取代了同步发电机组，因而系统整体惯性时间常数减小，系统惯性响应的最大频率偏差Δｆｍａｘ和静态频率偏差Δｆｓｔ也增大。风电不提供调频服务，系统一／二次调频调整速度下降、调频备用减小而功率波动增大，若系统一／二次调频调整速度（见图１（ｂ））跟不上功率波动，如图１（ｂ）中曲线２和３所示，则频率变化趋势分别如图１（ａ）中曲线３和４所示。图１电力系统调频过程及调频能力Ｆｉｇ．１Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ本文通过考察上文中的主要调频特性指标变化来定量分析风电对互联电力系统的调频特性影响。研究风电对系统调频特性的影响的５个指标所需考虑的时间尺度是不同的。一次调频跨越频率死区要一定时间，并有迟滞时间，加上飞升时间１５ｓ，进而出力增大接近１００％需要一定时间，将最大频率偏差研究时间尺度定为３０ｓ［７］；则一次调频调整

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电对系统调频的影响。对互联系统来说，各区域惯性响应和一次调频互相提供支持；二次调频如采用频率偏差控制（ＴＢＣ）模式则没有相互支持。因此下文研究惯性响应、一次调频时考虑互联特性，而研究二次调频时则不考虑。３．１考虑惯性响应影响的最大频率偏差计算方法风电取代部分同步发电机组以后，系统的等效惯性时间常数Ｈ＊减小，系统减缓频率变化的能力减弱，因而频率变化的动态过程中最大频率偏差变大。考虑惯性响应和同步发电机组调速器模型［１６］的电力系统常规一次调频闭环控制系统如图２所示。图中：ΔＰ＊Ｌ为负荷变化量标幺值；Ｈ０为系统原惯性时间常数；Ｋ＊Ｌ０为负荷单位调节功率标幺值；Ｋ＊Ｇ０为发电机调差系数倒数；Ｔｓ为延时环节时间常数；Δｆ＊为频率偏差标幺值。图２常规一次调频闭环控制系统Ｆｉｇ．２Ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｒｉｍａｒｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ一次调频存在迟滞时间。风电比例较高时，惯性响应能力减弱，调频迟滞时间内频率变化明显。考虑调频迟滞时间为ｔｄ，图２中的反馈环节在时域中需乘以ε（ｔ－ｔｄ），反馈环节ｓ域表达式为：Ｌε（ｔ－ｔｄ）Ｌ－１Ｋ＊Ｇ０１＋ｓＴ（（））ｓ＝Ｋ＊Ｇ０ｅ－ｔｄｓ＋１Ｔ（）ｓ１＋ｓＴｓ（１６）式中：Ｌ（·）和Ｌ－１（·）分别为拉普拉斯变换及其逆变换。典型地，调频迟滞时间ｔｄ可取５ｓ。将ΔＰ＊Ｌ，Ｈ０，Ｋ＊Ｌ０，Ｋ＊Ｇ０的基准值化为ＰＬ，

【参考文献】