基于DDRTS的风电并网电力系统频率稳定仿真

胡科华,宋沅泽,崔景顺

(国网四川省电力公司遂宁供电公司,四川 遂宁 629000)

基于DDRTS的风电并网电力系统频率稳定仿真

胡科华,宋沅泽,崔景顺

(国网四川省电力公司遂宁供电公司,四川 遂宁 629000)

含风电场的电力系统，由于风功率波动较大，对电网的频率影响较大。本文基于Digital Dynamic Real-Time Simulator(DDRTS)软件，搭建了可以把风电场的实际出力引进电网的功能模块(波形回放模块)，最后在DDRTS软件中根据实际的张北电网搭建了一个仿真模型，通过波形回放编写的模块，把实际电网在某一时间段的有功出力送入仿真电网模型中.最后可以得出：在张北电网中，当风电波动在100MW左右时，出现频率偏差极限。当风电波动大于100MW时，频率偏差越限。当风电波动小于100MW时，频率偏差不越限。

电力系统；DDRTS；风电场；频率稳定性

1 引言

二十一世纪，常规的能源以煤炭、石油为代表，环境问题以及能源短缺双重危机日益加深，新能源登上了历史舞台。风力发电作为本世纪重要的绿色能源代表，被越来越多的国家重视并利用[1]。

目前国内外对风电系统的研究大都集中在电压、电能质量等方面，其中包括风电机组和风电场的建模、风机的控制策略及并网运行特性等。而对含风电场的电力系统频率稳定性方面作的研究还不够深入，虽然对风机本身的频率响应特性作了研究，但从频率稳定的角度分析风电与电网之间的相互影响研究较少，并且很少把负荷频率特性对系统频率稳定性的影响考虑在内。随着电网接纳风电装机比重的逐年增加，风电机组随功率变化及频繁投停造成的功率波动必将给电网频率带来波动[2-3]。

本文将根据实测风电功率数据结合实际电网，通过DDRTS软件对风电进行建模，分析风电功率波动对电网频率的影响。

2 基于DDRTS的风电场的等值模块

随着风电在电网中的比例逐渐增高，确保并网后对电力系统稳定性的影响成为风电研究中重要课题，而建立合理、有效的风机模型是其中的重点。

本论文用了DDRTS的实时回放测试模块里的“波形回放”功能，通过输入实时数据可以反映风电场的工作情况，进而对其进行建模仿真。本文用到的一个重要模块为变功率负荷，如图1所示；对变功率负荷进行设置，如图2所示。

图1 变功率负荷

图2 变功率负荷内部元件

图2内有一User Func模块，双击此模块，对其进行编程，图3是编程模块。

图3 User Func模块内部程序

可以看出在d盘 feng的数据被输入进来，就给电网加了风电出力，对电网造成了扰动。根据feng里的数据，观察风电场波动量在不同情况下对电网频率带来的影响是本文要研究及仿真的重点。通过DDRTS的“波形回放”功能，观察不同波动下对电网的频率的影响。

3 电力系统频率稳定分析原理

频率,作为衡量电能质量的最重要的指标之一，它直接反映了发电有功功率和负荷的平衡关系，它是影响电力系统稳定运行的重要因数，所以也是电力系统控制的重要参数。电力系统频率控制的基本目标是始终保证频率在允许的很小范围内波动，也是电力系统自动化的最重要的任务。电力系统实际运行中，频率的变化对电力用户、发电机组及电力系统本身都极为危害[4]。

频率偏离额定值会影响用电设备的正常工作。系统频率只有在系统有功出力和有功负荷平衡的情况下，才能保持不变。为了减小频率变化造成的影响，当系统负荷变化时，必须对系统频率进行调整和控制，自动调节发电机的有功出力[5]。我国电力工业技术法规中明确规定：系统的频率偏差应保持在±0.2Hz 范围内；而且在自动调频装置投入运行后，系统的频率偏差不得超过 0.05～0.15Hz。并为了防止频率崩溃，系统中必须设置低频减载装置。

图4是电力系统的频率静态特性曲线。

图4 电力系统功率-频率静态特性曲线

4 基于张北电网的频率稳定仿真与分析

张家口地区电网地处京津唐电网西北部，担负着“西电东送”的重要任务，是京津唐电网的一个重要组成部分。本文以张北电网进行实例仿真与分析。张北电网如图5所示。

在波形回放模块里，输入不同的风电出力，对其进行仿真。

当给定风电出力为150/1.5=100MW时，此时，出现频率极限，如图6所示。给定风电出力大于100MW时，波动较大，电网频率越限，如图7所示。当给定风电出力小于100MW时，波动较小，频率不越限，如图8所示(都是与电网稳定时相对比)。

图5 张北电网

图6 风电并网容量适中时系统频率变化曲线

图7 风电并网容量大时系统频率变化曲线

图8 风电并网容量小时系统频率变化曲线

由上面几幅图可以看出来：当风电波动在100MW左右时，出现频率极限。当风电波动大于100MW时，频率越限。当风电波动小于100MW时，频率不越限。系统频率为50Hz，频率偏差为0.2时为正常情况，大于这个数，就属于频率越限，电网就会不稳定。在这个范围内电网就是稳定的。风电并网肯定会对电网带来一定的冲击，只要频率变化在范围内，我们就认为这电网还是稳定的。改善办法是加一个储能装置，进行“消峰填谷”，使其达到稳定状态。

5 结论

本论文首先介绍了研究风电的重要意义和必要性，以及风电在国内外应用的风电现状。简单介绍了频率稳定性的重要性，在DDRTS平台上搭建电网，加进了风电，进行仿真和分析，从而进行观察扰动对电网频率的影响。

由仿真结果可看出,当风电加进电网功率在100MW时，出现频率极限。当加进风电功率大于100MW时，出现频率越限，频率偏差大于0.2Hz。当加进风电功率小于100MW时，频率不越限，频率偏差在允许范围内。如果要进行风电场的经济运行仿真,则需考虑更多的因素,更精确地进行风电场的建模。

[1] 陆春.新能源风光发电功率预测模型的研究[D].华北电力大学，2013.

[2] 田俊梅，梁生金，薛太林.小型风力发电机组的风能利用率研究[J].电力学报，2010(4).

[3] 韩祯祥.电力系统稳定[M].北京:中国电力出版社,1995:65-98.

[4] 张俊.含风电场的电力系统频率稳定分析研究[D].乌鲁木齐:新疆大学,2011:23-28.

[5] 蔡邠.电力系统频率[M].北京:中国电力出版社,1998:34-77.

[6] 冯庆东.电力系统频率稳定性分析与控制[D].吉林:东北电力学院,1996.

[7] 张锋,晁勤,刘洪.不同控制策略下风电场接入地区电网的稳态分析[J].电网技术,2008,32(19):89-92.

Simulation of the Frequency Stability of the Power System Combined with Wind Power Electricity Grid Based DDRTS

HUKe-hua,SONGYuan-ze,CUIJing-shun

(Suining Power Supply Company,Sichuan Electric Power Company,Suining 629000,China)

Power system including wind farms,due to the power fluctuation on power system frequency influence,In this paper,based on the digital dynamic real-time simulator(DDRTS)software,set up thepractical output wind electric field can introduce network funtion module(waveform playback module).Finally,in the DDRTS software according to the catual power grid in Zhangbei set up a simulation model.Through the waveform playback prepared the module,the catual power grids in a certain period of time the cative power output into the simulation model of grid in.we can draw:In Zhangbei power grid,when wind power fluctuation in about 100MW,the frequency of occurrence of deviation limit.When wind power fluctuation is greater than 100MW,frequency deviation limit.When wind power fluctuation is less than 100MW,frequency deviation not more limit.

power system；DDRTS；flow calculation；frequency stability

1004-289X(2016)03-0030-03

TM71

B

2015-09-15