风电并网一次调频控制性能分析

2021-08-10权刚伟

探索科学(学术版) 2021年7期

权刚伟

宁夏京能灵武风电有限公司宁夏灵武 750004

伴随风力发电与电网的相互渗透与融合，给电力系统的实际发展带来机遇，同时也带来了巨大挑战，特别是在功率管控方面。风电场调频的主要目标就是在电网频率产生变化时，同步发电机对变化进行相应，风电场会将输出功率进行迅速改变，并且参与到频率的恢复中。对比同步发电机，因为风具有随机性，风电场频率调节难以达成，需要在电网中配置诸多旋转备用容量，一次将功率失衡问题消除掉。

一、机组一次调频的原理

(一)发电机组频率的静态特性。系统频率的偏移额定数值满足一定要求时，机组的会对进汽量进行自动改变，实现发电机处理的增减目标，此反应基于频率变化二产生处理变化，这属于机组调速系统的静态频率特性，也就是说调速系统频率特性的斜率、调速系统调差系数会对发电机组负荷从零变成最大值时转数变化和额定转数之间的比值。并且基于斜率公式能够获悉，调速系统调差系数属于是发电机频率变化、发电机组功率变化的百分数。

(二)一次调频动作的原理。发电机组一次调频功能就是发电机组基于调速系统的静态特性，随着系统频率的变化自动进行出力能力的增减。在一次调频框图中，就是电网频率出现偏差，基于开度的有效调节，对机组出力进行有效改变，达成一次调整频率的目标[1]。基于对机组运行稳定性、经济性的实际考量，为了能够规避小幅频率波动产生的机组频繁动作，一次调频机组要设置对应的调频死区，在频率偏差死区超过调频死区以后，其他构件才能够动作。并且为了能够规避短时间之内机组的大幅度调节，会对系统稳定性产生影响，更会对一次调频符合的变化幅度产生限制影响。额定容量是360MW的发电机组，如果机组调差系数设计成为4%，一次调频的死区就是±r/min，负荷的变化幅度限制是±6%，因为死区与负荷的变化幅度会对一次调频的静态特性产生限制影响。

(三)大功率缺额下机组一次调频的动作过程。如果失去了区域电网中的大功率区外来电，不考量紧急管控的举措，系统频率会迅速降低，同时会在一次调频的影响之下恢复成为准稳态频率。

故障产生扰动的瞬间，发电机的输出功率依据发电机和扰动点间同步转矩系数能够分载一些功率扰动量。机组调速器的动作致使原动机机械功率产生大幅度变化以前，因为发电机电磁功率的骤然增加，知识发电机减速。期间系统发电机遵照惯性常数对增减负荷量进行分担增减，让系统当中的机组可以得到系统的平均加速度。也就是说，发电机组依据完全不一样的准则进行扰动功率配置，机组实际处理会伴随震荡对应时刻。系统频率降低一次调频死区以后，调速系统的实际作用中，机组处理逐渐开始增加，伴随系统功率的持续跌落，频率下降的情况逐渐被一次调频所抑制，可是此期间频率还会持续降低。系统对一次调频的作用进行有效综合，频率历经快速降低，同时会回升到准稳态值，并且机组处理会随着频率的变化增大，同时也会恢复到相对稳定的状态。比对实际出力的曲线能够获悉，此机组一次调频的性能尚未满足预期，也就是说，一次调频能力方面依然有提升的充足空间[2]。

二、风电并网一次调频控制性能的评价方式

机组一次调频的性能评价通常有两种方式，即为PMU数据指标的评价方式、一次调频动作电量评价。

(一)PMU数据指标

1.一次调频死区。并网机组通常可以输出一次调频的动作信号，其属于是开关量信号，上升沿对应的频率偏差超出了死区时刻，下降沿对应的频率偏差会落回到死区时刻。所以，遵照动作信号明确机组调频死区的上、下限预估数值。为了尽量降低指令信号的延迟、测量精度、噪声影响等，基于上下限估算数值进行加权平均计算。

2.滞后时间响应。在理想的状态之下，电网频率超过调速器所设置的一次调频死区以后，机组出力会即时变化。实际上因为信号传输、机械死区等诸多因素产生的影响，机组出力变化会有一定延迟，其就是负荷滞后响应时间。因为一次调频性能要求快速响应，机组一次调频响应的滞后时间通常不会超出3秒钟。

(二)动作电量。基于电网的实际运行，机组一次调频性能的考核评价中，标准就是机组在电网频率实际贡献的大小，也就是对机组于电网高频、低频运行中的一次调频电量贡献，其是机组一次调频诸多指标的整合[3]。如果电网频率超过调频死区，其持续时间超出一定的时间阈值，一次调频的作用可以是一次调频机组电网频率超过死区时段中的发电出力、初始出力差积分电量，其占据响应时间中理论计算积分电量的占比。在频率偏差较大的时候，一次频率的动作量会改善动作量的频率稳定性，其能够对频率的越限时间进行有效缩减，这个时候，机组一次调频贡献的电量会影响电网的安全性与稳定性。