CN110474369A - 考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，该方法包括：首先进行扰动前的常规潮流计算，并计算不平衡功率；然后建立系统功率—频率微分方程，采用欧拉法进行频率计算，得到一定步长后的频率变化值；接着修正常规发电机组、变速风电机组的输出功率和负荷功率；最后进行常规潮流计算，修正网损，得到频率变化后系统的确定性潮流分布。本发明能够有效地计算出风电参与一次调频后的电力系统动态潮流。

Description

考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化领域，特别是一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法。

背景技术

在目前能源短缺和环境恶化的大背景下，风力发电以其技术成熟、成本较低和大规模开发利用的优势成为新能源发展最快、最具有竞争力的发电技术。但受气候条件的制约，风力发电出力具有间歇性和随机性的特点，风电的接入将加剧电力系统的功率不平衡性；此外，现有风电机组主流机型为变速恒频的双馈型风机和直驱型风机，在常规风电机组控制方式下，由于双馈型风机和直驱型风机本身的特殊结构，其对接入的电力系统的惯性几乎没有贡献，大规模风电的接入将使得系统整体惯性和频率调节能力减弱，使得系统在扰动下的频率变化率增加、频率最低点降低和稳态频率偏差增加，从而发生频率稳定性问题更为频繁。由此，风电越来越被认为应该具备参与电力系统频率调节、有功控制等辅助服务能力。

目前，风电参与电网调频的相关研究更多关注风电机组本身的调频控制技术，包括惯性响应、一次调频和二次调频控制技术，而对含风电调频电力系统的频率特性与动态过程的研究不多而且都没有考虑网损对系统不平衡功率的影响。电力系统动态潮流是在常规潮流基础上考虑发电机和负荷频率特性的潮流。与常规潮流不同，动态潮流考虑系统不平衡功率由所有具有调节能力的发电机和负荷共同承担，计算结果更符合系统实际情况。考虑发电机组调速系统动态过程的动态潮流，主要模拟电力系统出现扰动后的一次调频过程，能得到一次调频过程中电网频率的动态变化，及达到新的稳态运行点时的确定性潮流分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，包括以下步骤：

步骤1、进行扰动前的潮流计算，并计算不平衡功率；

步骤2、建立系统功率—频率微分方程，采用欧拉法进行频率计算，得到频率变化值；

步骤3、修正常规发电机组、变速风电机组的输出功率和负荷功率；

步骤4、进行潮流计算，修正网损，得到频率变化后系统的确定性潮流分布。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明能够有效地计算出风电参与一次调频后系统的确定性潮流分布，对动态潮流的分析具有指导意义；(2)本发明针对系统功率—频率微分方程，合理分配、修正常规发电机组、变速风电机组和负荷的功率，全面考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，有效地计算出频率变化后系统的确定性潮流分布。

附图说明

图1为本发明考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法的流程图。

图2为本发明方法中系统频率变化图。

具体实施方式

本发明考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，该方法考虑了系统功率—频率微分方程，解决了传统潮流断面计算无法运用于实际动态潮流计算的问题。首先构建了变速风电机组一次调频模型，并提出不平衡功率分段分配方法，最后采用欧拉法进行动态潮流的频率计算，得到含风电一次调频电力系统在扰动下的系统频率连续变化过程及达到新的稳态运行点的确定性潮流分布。

结合图1，本发明的一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，具体步骤如下：

步骤1、进行扰动前的潮流计算，并计算不平衡功率，具体如下：

动态潮流中，一般假设系统各部分同一频率，即所有发电机组电气联系紧密，始终保持同摆运行。电力系统出现不平衡功率下的频率变化过程即为系统的一次调频过程。

电网的不平衡有功功率P_acc等于系统发生扰动后的全网发电有功功率减去全网负荷有功功率和系统网损，即：

P_acc＝∑P_W+∑P_G-∑P_L-P_loss (1)

式中，P_W为风机发出的有功功率，P_G为发电机组发出的有功功率，P_L为全网负荷有功功率，P_loss为系统网损。

步骤2、建立系统功率—频率微分方程，采用欧拉法进行频率计算，得到一定步长后的频率变化值，具体如下：

考虑发电机组转子加速或减速过程及一次调频过程，建立表征系统功率—频率变化的微分方程，通过求解微分方程可计算出频率的动态变化过程。

变速风电机组采用超速与变桨协调控制策略参与系统一次调频的响应速度快，认为其一次调频不存在迟滞时间。常规同步发电机组由调速器完成一次调频，当电网出现不平衡功率时，其无法快速启动调速器，其一次调频存在迟滞时间，为此，提出不平衡功率分段分配方法：设系统在0时刻出现不平衡功率，常规同步发电机组调频迟滞时间为td，前td时间内，同步发电机组的调速器未启动，由所有发电机组的惯性响应及一次调频的变速风电机组共同调节电网的频率；迟滞时间td后，常规同步发电机组的调速器开始作用，由所有发电机组的惯性响应、一次调频的同步发电机组和变速风电机组共同调节电网频率。

1)0<t<td，系统功率—频率微分方程为

式中：H_W∑、T_G∑分别为系统所有变速风电机组、所有常规同步发电机组等值为一台机后的惯性时间；K_L∑为整个系统的综合负荷频率特性系数；K_W∑为所有参与一次调频的变速风电机组等值成一台机后对整个系统的单位调节功率。

2)t≥td，系统功率—频率微分方程为

式中K_G∑为所有参与一次调频的常规同步发电机组等值成一台机后对于整个系统的单位调节功率。

步骤3、修正发电机组、变速风电机组的输出功率和负荷功率，具体如下：

设变速风电机组在电网频率为额定值下的初始减载水平为k_d0，当电网频率变化Δf时，通过有功/频率下垂控制环可计算出其输出功率P_w为：

式中：P_del0为变速风电机组初始减载水平下的输出功率；ΔP_w为电网频率变化Δf时变速风电机组输出功率的变化量；R_w为下垂系数；设不考虑变速风电机组内部的损耗，认为变速风电机组的风能捕获功率等于其输出功率，P_opt为变速风电机组相应风速下的最大功率跟踪点的输出功率。

计算一段时间后，得到系统稳态频率改变量为Δf，则稳态后系统各部分统一频率下，变速风电机组按式(4)调节其输出功率，参与一次调频的常规同步发电机组和负荷根据其静态频率特性调节输出功率，其功率变化ΔP_Gi、ΔP_Li为

ΔP_Gi＝-K_Gi′Δf,ΔP_Li＝-K_Li′Δf (5)

式中K_Gi′、K_Li′分别为对应节点i上常规同步发电机组、负荷对于整个系统的静态频率系数。

修正的发电机组功率为P_G与ΔP_Gi的差值，修正的负荷功率为P_L与ΔP_Li的差值。

步骤4、进行潮流计算，修正网损，得到频率变化后系统的确定性潮流分布，具体如下：

根据新的节点数据计算出新的潮流结果。系统频率变化图见图2，系统初始频率在0s时为50HZ，由于扰动后开始下降，下降到5s时，系统进行功率的修正和频率的调整，系统频率再次上升，直到10s频率到达一个稳定值。

本发明考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，将潮流计算和频率计算结合起来在电力系统动态潮流计算中具有应用价值；在考虑了系统频率变化后，本模型更加适用于实际潮流的计算；本发明能够有效地计算出含风电一次调频电力系统在扰动下的系统频率连续变化过程及达到新的稳态运行点的确定性潮流分布，对动态潮流分析具有一定的指导意义。

Claims (4)

1.一种考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、进行扰动前的潮流计算，并计算不平衡功率；

步骤2、建立系统功率—频率微分方程，采用欧拉法进行频率计算，得到频率变化值；

步骤3、修正常规发电机组、变速风电机组的输出功率和负荷功率；

步骤4、进行潮流计算，修正网损，得到频率变化后系统的确定性潮流分布。

2.根据权利要求1所述的考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，其特征在于，步骤1具体为：

电网的不平衡有功功率P_acc等于系统发生扰动后的全网发电有功功率减去全网负荷有功功率和系统网损，即：

P_acc＝∑P_W+∑P_G-∑P_L-P_loss (1)

式中，P_W为风机发出的有功功率，P_G为发电机组发出的有功功率，P_L为全网负荷有功功率，P_loss为系统网损。

3.根据权利要求1所述的考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，其特征在于，步骤2具体为：

设系统在0时刻出现不平衡功率，同步发电机组调频迟滞时间为td，前td时间内，同步发电机组的调速器未启动，由所有发电机组的惯性响应及一次调频的变速风电机组共同调节电网的频率；迟滞时间td后，同步发电机组的调速器开始作用，由所有发电机组的惯性响应、一次调频的同步发电机组和变速风电机组共同调节电网频率；

1)0<t<td，系统功率—频率微分方程为

式中：H_W∑、T_G∑分别为系统所有变速风电机组、所有常规同步发电机组等值为一台机后的惯性时间；K_L∑为整个系统的综合负荷频率特性系数；K_W∑为所有参与一次调频的变速风电机组等值成一台机后对整个系统的单位调节功率，Δf为电网频率变化；

2)t≥td，系统功率—频率微分方程为

式中K_G∑为所有参与一次调频的常规同步发电机组等值成一台机后对于整个系统的单位调节功率。

4.根据权利要求1所述的考虑风电参与一次调频的动态潮流分析方法，其特征在于，步骤3具体为：

设变速风电机组在电网频率为额定值下的初始减载水平为k_d0，当电网频率变化Δf时，通过有功/频率下垂控制环可计算出其输出功率P_w为：

式中：P_del0为变速风电机组初始减载水平下的输出功率；ΔP_w为电网频率变化Δf时变速风电机组输出功率的变化量；R_w为下垂系数；P_opt为变速风电机组相应风速下的最大功率跟踪点的输出功率；

稳态后系统各部分统一频率下，变速风电机组按式(4)调节其输出功率，参与一次调频的常规同步发电机组和负荷根据其静态频率特性调节输出功率，其功率变化ΔP_Gi、ΔP_Li为：

ΔP_Gi＝-K_Gi′Δf,ΔP_Li＝-K_Li′Δf (5)

式中K_Gi′、K_Li′分别为对应节点i上常规同步发电机组、负荷对于整个系统的静态频率系数；

修正的发电机组功率为P_G与ΔP_Gi的差值，修正的负荷功率为P_L与ΔP_Li的差值。