智慧型风电场频率优化控制方法研究

With the high penetration of wind power in power system, providing auxiliary services to the power system by wind turbines has recently attracted interest of researchers. Develop grid-friendly wind farms become objective of wind power industry and grid operators. Grid code in many countries request grid connected wind farms to provide auxiliary services. The proposed project will focus on control of wind farms to provide frequency support to the power system by coordinating control of the wind turbines and the transmission system. Systematic investigation on the wind turbine level, wind farm level and power system level will be carried out. A novel method taking into account of the operation point of wind turbines will be proposed to optimize the use of kinetic energy to provide frequency control. A comprehensive strategy of controlling each wind turbines at different operating point in the wind farm will be proposed. Coordination of the wind farms and VSC-HVDC transmission system for frequency support will be investigated. Analytical analysis of the wind turbine inertial response under wind speed variation will be conducted to assess the impact on frequency control. It is expected that the proposed project will contribute to the technical support for the safe and reliable integration of large-scale wind farms.

随着风力发电在电力系统中所占比重越来越高，开发变速风机的控制潜能，向系统提供辅助服务已成为风电并网领域的热门研究课题。建设智慧型风电场成为风力发电的发展目标，各国电网标准中也逐步增加了对风力发电提供辅助服务的要求。本项目以优化风电场参与电力系统频率控制为目的，以风机和输电系统的协调控制为技术手段，从风机层面，风电场层面和电力系统层面，系统的研究如何发挥风电场的最优频率控制性能。提出充分利用转子动能的系统频率控制新方法，考虑风场内不同运行状态风机以及风电场与直流系统的综合协调控制，建立实用的风电场频率控制策略，探求在风速波动情况下风机惯性控制与系统频率控制的解析关系，评估风速波动对系统频率控制的影响。本项目的研究成果将为大规模风电安全接入，建立智慧型风电场提供技术支撑。

大规模风力发电通过交直流系统并入电网，使传统电网的运行特性发生改变。新能源大量并入电网压缩了传统同步发电机的并网容量，使得系统等效转动惯量降低，系统保持频率稳定的能力变弱。新能源发电的最大功率跟踪运行特性，不提供调频备用容量，使得系统调频需求备用增加。我国远距离大规模输送新能源电力使得系统遭受频率扰动风险增加。因此，含高比例新能源发电的电力系统频率稳定控制成为电网运行面临的一大挑战，发挥风力发电等新能源发电系统的频率调节能力对于保持系统频率稳定具有重要的作用，已引起电网运行调度部门的高度关注。本项目针对风电机组的运行特点，通过分析风电机组参与系统频率控制的能量变化关系，研究风电机组在不同运行状态下的频率控制方法及风电机组频率控制器参数整定方法，提出了风电机组改进频率控制策略，所提出的方法能够发挥风力发电快速功率调节的特点，有效抑制系统频率变化，同时能够抑制风力发电参与系统频率控制引起的频率二次下跌问题。根据风电机组的实际运行状态整定风电机组的频率控制器参数，有利于合理发挥风电机组的频率控制能力，保证风电机组的安全稳定运行。提出了风电场的频率控制方法，使风电场能够提供暂态频率支撑和一次调频的功能。项目提出了风电机组与同步发电机及直流并网系统的协调频率控制方法，所提出的方法发挥各调频资源的功率调节特性，能够较大幅度的降低系统频率下降率和最大频率偏差，有利于保证含大规模风力发电的电力系统安全稳定运行。本项目对所提出的控制方法通过Matlab/Simulink建立电力系统模型进行了仿真对比研究，仿真结果表明所提出的方法具有良好的控制效果。通过本项目的研究，能够为建设电网友好型风电场提供技术支撑。