[發明專利]風儲集群參與電力系統調頻調壓的協同控制方法

有效

• 申請號: 201410602832.0
• 申請日: 2014-11-02
• 公開（公告）號: CN104333037A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 唐西勝;高超;師長立;苗福豐;吳濤;李善穎;鄧春;邢海瀛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;國家電網公司;華北電力科學研究院有限責任公司;華北電網有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/00;H02J3/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種風電場友好接入電力系統的控制方法，特別涉及一種風儲集群參與電力系統調頻調壓的協同控制方法。

背景技術

隨著我國能源結構的低碳化調整，風能等可再生能源在我國能源結構中占有的比重逐漸增大，可再生能源與電力系統間的相互作用的程度逐步加強。

雖然風電等可再生能源能夠在一定程度上解決能源及環境問題，但是，當風電滲透率較高時，風電的接入會對電力系統的安全穩定運行帶來一定的影響。

風電機組的原動力為風能，風能由于風的間歇性和隨機波動性使得風電機組的發出的功率是間歇和波動的，這些波動性的風能接入系統會給電力系統帶來沖擊。同時，由于風電機組為異步機，若不加以控制，在發出有功功率的同時，需要吸收一定的無功功率，不利用系統的電壓穩定。當風電滲透率較低時，這些影響不明顯，隨著風電滲透率的提高，風能對電力系統的影響逐漸增大，在給電力系統帶來經濟效益的同時也給電網的運行造成了一定的困難。在風電并網比重較大的電力系統中，由于風電場輸出功率具有不完全可控性和預期性，會在一定程度上改變原有電力系統潮流分布、線路輸送功率及整個系統的慣量，從而對電網的有功、無功功率平衡、頻率及電壓穩定產生了影響。當風電并網運行時，特別是獨立運行的小電網，電網建設相對薄弱，電網有功功率調節能力較小，風電并網帶來的電網穩定性問題更加明顯。因此，越來越多的電力公司要求風力發電至少能像常規發電廠一樣提供輔助性服務。

但是，風力發電由于容量及勵磁電流等限制，當系統給出功率需求時，僅利用風電機組無法取得較好地調節效果。儲能裝置由于其靈活可控性，配合風電機組進行電力系統電能質量改善可以起到較好的效果。因此，為保證在風電滲透率逐步增高的情況下，滿足電力系統電能質量要求，急需找出一種風儲集群參與系統頻率、電壓調節的控制方法，以提高電力系統經濟性及可靠性。

中國專利201210477712.3公開了一種風儲集群控制方法，將風電機組的轉子慣性響應、超速控制和變槳控制協調起來產生一定的有功備用，主動響應系統頻率的變化，同時，從備用容量可信度的角度出發，配置一定的儲能彌補風電機組自身備用容量的不足及變化，但該專利主要是針對風儲集群對系統頻率的響應，沒有考慮電壓響應的問題，而電壓響應需要對風電機組和儲能的控制系統進行較大的調整，而且要協調與頻率響應控制系統的關系。中國專利CN101931241A公開了風電場并網協調控制方法，利用風電機組轉子參與系統調頻，儲能系統與變槳通過一階慣性濾波器進行協調的頻率控制方法，以及通過調度直接向風電場下達指定無功出力指標的電壓控制方法，其不足之處在于未充分考慮風電場有功功率及無功功率輸出時的協調，同時，未充分發揮儲能裝置靈活可控的特點。在風電滲透率較高的電力系統中，電力系統出現頻率及電壓變化時，要求風儲集群對電力系統穩定性和電能質量的實時性較強，必須根據電力系統的實時狀態，充分考慮到風儲集群的調節能力，才能保證電力系統的可靠與經濟運行。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中只考慮風電場只參與頻率調節的有功功率輸出控制，以及有功功率輸出和無功功率輸出之間缺乏協調的問題，針對風電場高滲透率下的電力系統穩定性和電能質量問題，提出一種風儲集群參與電力系統頻率電壓調節的協調控制方法。本發明可實現風電機組和儲能裝置主動參與電力系統頻率和電壓的調節，進一步提高風電的接入和消納能力。

本發明通過檢測風電接入側電力系統的頻率和電壓偏差及其變化率、風速，以及根據調度指令，按照風電機組慣性響應控制、超速控制、槳距角控制和儲能裝置控制等方式，令風電機組與儲能裝置輸出特定的有功功率，依據風速和各控制方式的可用能力協調風電機組慣性響應控制、超速控制、槳距角控制和儲能裝置控制等控制方式；同時，通過調節風電機組并網側變流器和轉子勵磁電流、儲能裝置等方式實現無功功率輸出，依據風速和各控制方式的可用能力協調無功功率輸出；依據風速、風儲集群狀態、電力系統狀態和調度指令等協調有功功率和無功功率的輸出。

本發明可以在風電高滲透情況下，使風電機組友好接入電網，提高電力系統的穩定性和電能質量；當電力系統出現頻率或電壓變化時，使風儲集群主動提供一定的有功與無功功率支撐，主動參與對電網頻率和電壓的調節。

為實現上述目的，本發明風儲集群參與電力系統調頻調壓的協同控制策略步驟如下：

(1)采集電力系統頻率、電壓信息及風電場風速信息，同時根據電力系統調度指令，形成風電場調頻、調壓備用容量需求；