含風電的交直流并行輸電系統(tǒng)頻率特性分析

0自動發(fā)電控制作為最成熟的可支配能源，寒風裝置在近年來得到了充分發(fā)展，裝置配備逐年增加，對能源系統(tǒng)的影響日益明顯。而頻率作為衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量三大主要指標之一,我們必須把它控制在允許的范圍之內(nèi)近年來先后有多個大容量風電場并入到系統(tǒng)中,我國風能主要集中在西北、內(nèi)蒙、東北等地,采用風火打捆交直流外送是比較常見的輸送方式,目前已經(jīng)有大量學者對這種風能送出方式進行了比較深入的研究。文獻自動發(fā)電控制(AGC)作為我國電網(wǎng)功率、頻率調(diào)整的主要手段,承擔著控制聯(lián)絡線交換功率、調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率的任務。文獻文章在PSCAD/EMTDC中搭建了四機兩區(qū)域模型并加入直流輸電系統(tǒng)以及大型異步感應風電場的模型,對風電場的接入對系統(tǒng)的頻率影響進行了仿真研究,并在系統(tǒng)中區(qū)域1中發(fā)電機G1模擬系統(tǒng)圖1所示是本文仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中系統(tǒng)兩側(cè)交流母線額定電壓為230kV,發(fā)電機及負荷參數(shù)參考文獻2風電場模型2.1風力機的數(shù)學模型風力機所吸收的機械功率和風速的關(guān)系如下:式中P風力機機械轉(zhuǎn)矩為:2.2異步感機模型在dq坐標系下,異步感應電機的數(shù)學模型如下:磁鏈方程:有異步電機電磁轉(zhuǎn)矩為:可以得出異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程為:式中V3agc控制區(qū)域控制偏差AGC主要是通過對所選定的發(fā)電機的輸出功率進行調(diào)整,使系統(tǒng)頻率恢復到允許的范圍內(nèi),并且保證所控制的區(qū)域間的功率交換為給定值。這個功能被稱作負荷—頻率控制(LFC)。目前我國已經(jīng)將AGC當作頻率二次調(diào)整的自動實現(xiàn)方式,使得能量管理系統(tǒng)(EMS)可以根據(jù)電網(wǎng)頻率自動調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出,維持區(qū)域電網(wǎng)的負荷和發(fā)電機出力平衡在一個孤立系統(tǒng)中,AGC只需要維持頻率在給定的正常值,而不需要考慮區(qū)域之間的功率交換。而在互聯(lián)系統(tǒng)中,AGC需要維持區(qū)域間的功率交換維持在給定值,可以通過控制信號區(qū)域控制偏差(ACE)來實現(xiàn)式中B表示頻率偏差因子,為負值,單位為MW/0.1Hz。這種情況下,ACE同時反映了頻率偏差Δf和聯(lián)絡線交換功率偏差ΔP對于一個兩區(qū)域系統(tǒng),可以得出區(qū)域控制偏差分別為:式中:式中R表示該區(qū)域調(diào)速系統(tǒng)的有效速度下降率,D表示該區(qū)域等效的負荷阻尼系數(shù)。頻率偏差因子B可以通過對系統(tǒng)大擾動時的錄波估計而成為了維持區(qū)域間傳輸功率和系統(tǒng)頻率為給定值,在設(shè)計AGC控制器時,在傳輸功率和頻率波動時需要控制ACE快速到零。文中同時考慮了系統(tǒng)頻率偏差、交流線路功率偏差ΔP4模擬分析4.1風電場對w負荷的影響系統(tǒng)不接入風電場和接入系統(tǒng)的風電分別為3個風電場,5個風電場時(風電占區(qū)域1總發(fā)電量為30%、50%),5s時在區(qū)域1交流母線切除40MW的負荷,圖3~圖5分別為3種情況下的區(qū)域1交流母線頻率變化,仿真時長為70s。由圖3~圖5可以看出,在系統(tǒng)不含風電場時,切除40MW的負荷以后,頻率變化最高值為60.300Hz,系統(tǒng)頻率在約66s后恢復到正常值。當在系統(tǒng)中加入3個風電場,也就是300臺風機時,頻率變換的最高值約60.350Hz,在70s恢復正常水平。而當系統(tǒng)接入5個風電場時,頻率變換的最高值約60.375Hz,到達70s時仍未恢復正常。4.2agc的加入4.2.1恢復到正常水平的時間接入風電場為4個風電場時,在發(fā)電機G圖6和圖7中,加入AGC以后,區(qū)域1交流母線頻率變化的最大值由60.360Hz減小到60.150Hz,恢復到正常水平的時間也由69s減少到60s。圖8中,未加入AGC時,當在5s時切除40MW的負荷,交流線路輸送功率如圖中實線所示,且負荷波動較大,持續(xù)到40s,且穩(wěn)定以后功率較未切除負荷之前大,增加了12MW,而加入AGC以后如虛線所示,交流線路傳輸功率波動時間較短,為30s,穩(wěn)定以后恢復未切除負荷之前的功率水平。4.2.2agc交流線路頻率振蕩接入風電場為4個風電場時,模擬風場出現(xiàn)陣風的情況。風電場額定風速為15m/s,仿真時,風電場W由圖9、圖10可以看出,在風電場出現(xiàn)陣風的情況下,未加入AGC時,區(qū)域1交流母線頻率變化振蕩較大,最大時達到60.240Hz,最低時為59.800Hz,在66s恢復正常。加入AGC以后,區(qū)域1交流母線頻率在陣風過后很快恢復正常水平,最大時僅為60.150Hz,最低時為59.950Hz,且在陣風結(jié)束后恢復時間大幅縮短,為30s左右。圖11為陣風情況下的交流輸電線路功率變化,在未加入AGC時,陣風出現(xiàn)后功率變化比較劇烈,且變化持續(xù)的時間比較長,加入AGC以后變化較小,很快恢復陣風出現(xiàn)之前的功率水平。5機組的頻率調(diào)節(jié)性能在PSCAD/EMTDC中搭建了含大型風電場以及直流輸電系統(tǒng)的的四機兩區(qū)域模型,經(jīng)過仿真得出以下結(jié)論:(1)當用風電場代替火電廠出力時,在受到相同擾動時,系統(tǒng)的頻率相對變化更大,恢復時間更長,有相對于火電機組,異步感應風力發(fā)電機在頻率調(diào)節(jié)性能上的調(diào)節(jié)能力要弱,且隨著風電在系統(tǒng)中所占比例的升