新能源电力系统一次调频参数确定方法

2022-01-13张静忠朱仔新

光源与照明 2021年7期

张静忠，朱仔新，杨龙

国网宁夏电力有限公司调度控制中心，宁夏银川 750001

0 引言

随着DG类型电源与电力系统的对接与集成，传统的电力系统在运行中的供电模式逐步从单端供电转变为多端供电，为了满足新型能源的应用，电力系统在运行时的潮流走向、短路容量也在此过程中发生了改变，这一发展趋势使前端对电力系统的运行与调控提出了更高的要求[1]。现今的新能源系统大多为风能、太阳能、潮汐能支撑，为了满足新能源的接入需求，大多数系统使用变流装置作为接口，并以此代替机械开关，但现行使用的接口在使用中极易造成系统运行惯性的持续下降，从而导致系统的调频能力降低[2]。常规机组参与电网调频可按照时间顺序分为惯性响应、一次调频响应和二次调频响应。在新能源占比不断提升的同时，常规的火电发电机组发电占比逐渐降低，开机台数不断减少，进而导致电力系统整体惯性时间常数减少，减弱了一次调频的能力。尽管新能源电力机组在运行中具有一定的旋转惯量，但系统在运行中经过变流器对其的隔离处理，转子的转速与系统运行频率之间存在耦合方面的问题，无法实现与常规供电机组相同的频率变化响应能力。基于此，文章开展对新能源电力系统一次调频参数确定方法的设计研究。

1 新能源电力系统一次调频参数确定方法

1.1 新能源电力系统控制阶段调频比例系数选择

文章主要关注新能源电力系统在运行过程中一次调频的性能，在确定一次调频参数时，需要注意考虑该新能源电力系统的运行特点和新电源接入的类型，减轻一次调频下设备的磨损程度。例如，在电网小幅度扰动下，风电频繁地调整，磨损了风机的桨叶，在调频时应注意先调整光伏，后调整风电。另外，还需要注意电网的安全约束，调频后应当保持电网潮流、电压、频率均在合理的范围内。

一次调频过程可以划分为三个基本阶段。在第一阶段，电力系统转速下降，此时转子释放大量动能；在第二阶段，电力系统运行转速逐渐恢复，此时转子完成对动能的存储；在第三阶段，基本还原最初的MPPT运行模式[3]。新能源电力系统一次调频过程中的频率变化曲线如图1所示。其中，t1为第一阶段，t2为第二阶段，t3为第三阶段。L、L’、L0分别表示三个不同阶段下电力系统一次调频频率。

图1 新能源电力系统一次调频过程中的频率变化曲线

在明确电力系统的调频过程后，为了提高最终参数确定结果的精度，首先需要选择控制阶段的调频比例系数，确保其能够在更加准确的调频比例中获取最终的调频参数。当调频比例系数越大，则相应的最大频率偏差会越小，但由于新能源电力系统与调频时增加的功率相对较多，在退出调频时，电力系统会出现严重的不平衡运行现象，并且造成后续频率的二次跌落更加严重。针对这一问题，在选择调频比例系数时，需要兼顾最大频率偏差与二次跌落偏差两个基本指标，对比例系数进行折中取值。

当新能源电力系统退出调频后，出现二次跌落，并且受到出力占比影响[4]。占比越高，二次跌落造成的影响越大；反之，占比越低，二次跌落造成的影响越小。根据这一特点，还需要对上述完成选择的调频比例系统的取值进行调整。考虑到新能源电力系统的辅助调频参数是通过变流器装置进行控制的，而变流器装置在运行过程中存在非固有特性，可将电力系统调频进行分段，在低段、中段和高段分别对调频比例系数按照上述操作进行选择，以确保在每一个调频分段中都能够选择合适的调频比例系数。

1.2 退出调频时刻参数设定

在完成对新能源电力系统控制阶段调频比例系数的选择后，在退出调频时刻，其参数数值的设定也不宜过大或过小。若参数数值过大，机械功率会减小，进而造成电力系统运行不稳定问题[5]；若参数数值过小，则电力系统在退出调频时刻仍然无法恢复到标准数值，会出现二次跌落严重的问题。因此，在设定退出调频时刻的参数时，可通过典型场景的方式对参数进行筛选，并结合电力系统负荷变化及公式（1），计算得出满足退出调频状态的时刻。

式中：toあ为电力系统退出调频状态的时刻；tn为出现频率跌落现象，并且跌落到最低点的时间；表示为调频控制延时时间。根据公式（1），初步确定调频时刻参数后，判断此时频率二次跌落的偏差是否满足实际需要，若偏大，则可适当增大单位调节功率；若偏小，则可适当减小单位调节功率。若满足实际需要，再对虚拟惯性系数进行调整，判断初步确定的虚拟惯性系数是否满足调频功率需要，若偏小，则适当增大虚拟惯性系数；若偏小，则适当减小虚拟惯性系数。若满足调频功率需要，则将最终整定后的调频参数输出，完成对退出调频时刻参数的设定。

2 仿真测试

为了验证上述设计的一次调频参数确定方法的性能，选择以某电力企业作为数据来源，在Matlab仿真平台上模拟该电力企业的电力系统运行环境，利用文章提出的方法实现对新能源电力系统的一次调频参数确定。

该新能源电力系统的发电机组的额定容量为550 MW，其中风电机组的额定容量为2 MW，共包含100台风电机组，其总额定容量为200 MW，同时在运行过程中的负荷为250 MW，正常运行时的频率变化允许范围为±0.2 Hz，当发生直流闭锁等重大事故时，频率变化允许范围为±0.5 Hz。结合上述电力系统的运行环境和运行基本条件，在不同调频控制参数的基础上，针对该方法的确定精度进行评价。选择将调频参数与实际电力系统稳定运行时所需的频率进行对比，通过二者之间的差值，实现对其精度的比较。将调频控制参数设定为15 t/s、20 t/s、25 t/s、50 t/s和100 t/s，分别记录在应用文章所述方法后的调频参数，并将其与实际值记录，如表1所示。

表1 一次调频参数确定方法实验结果记录表

从表1中记录的数据可以看出，在不同控制参数的条件下，该方法确定参数与实际值之间的差值均小于1.00 Hz。并且，从表1中两组数据对比可知，随着控制参数数值的不断增加，文章方法确定参数与实际值之间的差距越来越小，说明其确定精度越来越高。因此，通过上述仿真测试证明，一次调频参数确定方法可实现对新能源电力系统一次调频参数的高精度确认，进一步提高了电力系统的运行效率，为整个电网运行提供了更加安全、可靠的条件。