新能源基地风火孤岛直流外送系统的频率协调控制研究

Now, the direct delivery of electricity to the load center via HVDC from wind-thermal bundling islanded system is one of the most feasible ways for wind power integration of 10 million kilowatt-class wind power base. In order to solve the frequency control problem of wind-thermal bundling islanded system, this project set it as a goal that LCC-HVDC is fully engaged in the primary, secondary, third frequency modulation and the day-ahead transmission schedule of wind-thermal bundling islanded system. Try to put forward the systematic solution of HVDC participating peak and frequency modulation in wind power uniting thermal power islanding operation system. In consideration of the wind power forecast uncertainty and HVDC regulation cost, this paper focuses on building a multi-time scale coordination economic dispatch optimization model, discussing the feasibility of applying large-scale energy storage device for wind-thermal bundling islanded system, designing specific strategies and methods to make HVDC participate in the multi-time scale coordination of peak regulation and frequency modulation for wind-thermal bundling islanded system, developing islanded system’s automatic generation control(AGC)method in consideration of HVDC regulation and wind power forecasting control, and studying the frequency characteristic curve and control methods for HVDC participating in primary frequency modulation of islanded system. We hope to provide an effective means of grid-integration technology for the 10 millions kilowatts class wind power base.

现阶段，以风火打捆孤岛直流外送的方式直接将电力送至负荷中心是解决我国千万千瓦级风电基地入网难题的最为可行的方法之一。针对大型新能源基地直流外送风火孤岛的频率控制难题，本课题以LCC-HVDC直流系统全方位参与风火孤岛一次、二次、三次调频和日前发、输电计划为目标，提出风火孤岛直流调峰调频控制的系统化解决方案。重点研究建立计及风电预测不确定性和直流调节成本的孤岛系统多时间尺度经济调度优化模型，探讨大型能源基地风火孤岛直流外送系统配置大规模储能装置的可行性；设计直流参与风火孤岛系统多时间尺度调峰调频的具体策略和方法，提出考虑直流调节和风电预测控制的风火孤岛自动发电控制（AGC）方法；研究制定直流系统参与孤岛一次调频的频率特性曲线以及控制模型、策略。为千万千瓦级风电基地以风火孤岛直流外送方式入网提供一种有效的技术手段。

特高压直流采用送端孤岛方式进行功率外送是避免交直流并联运行风险的一种有效措施，可避免大规模潮流转移情况的发生，我国局部区域新能源渗透比例的不断提高对大型新能源基地采用风火打捆直流孤岛外送方式提出了技术需求。但实现大型新能源基地风火打捆直流孤岛外送面临着诸多的技术挑战，而如何保证在风电功率大幅波动情况下孤岛运行时的频率稳定是其中一个待解的难题。通过本项目的研究，在理论上确定了满足稳定性要求的风火孤岛风电极限渗透率的远期规划简便计算方法；提出了考虑详细直流无功特性的限制无功设备动作次数的两阶段日前随机规划模型，其中直流换流站稳态运行模型的线性化方法可推广至其它交直流联合优化的场合；制定了直流FLC小死区运行的紧急功率支撑控制策略，改善了孤岛系统在突发扰动下的调频性能。在工程应用上，从简化分析和便于运行操作的角度出发，将直流无功需求与直流的有功输送功率近似看做线性关系，提出了划分直流基点功率、基点区间、无设备动作浮动调节区间的方法来协调直流各级调频控制策略的系统化解决方案，给出了实时计算无设备动作直流浮动调节区间的计算方法。考虑到电化学储能技术的快速发展，本项目着重研究了配置储能对孤岛系统频率调节的影响，建立了基于DAD模型的储能电站规划模型，提升了系统韧性。建立了考虑大容量储能实时调频作用的孤岛系统日前两阶段随机规划模型，避免了火电机组日前计划的不必要调节，降低了火电的调节损耗，首次引入H-P滤波算法到含储能的日前两阶段随机规划模型中，使储能在调度周期末能够方便的将SOC恢复至调度周期初始状态值。提出了考虑储能容量自动恢复控制的自动发电控制算法，在AGC的滚动优化过程中，引入储能SOC恢复的目标函数，在ACE平缓期实现对储能SOC的自动恢复。提出了可提升系统惯量和阻尼的储能系统自适应惯量虚拟同步机控制策略，改善了风火孤岛系统的调频特性。