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一种基于风电桨距一次调频控制的电网频率特性计算方法技术

技术编号:15647824 阅读:211 留言:0更新日期:2017-06-17 00:22
本发明专利技术提供了一种风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法。根据单台风电机组的一次调频响应传递函数模型、单台汽轮机‑调速器模型传递函数、单台水轮机‑调速器的传递函数,利用加权等值聚合方法,分别求得风电场一次调频响应传递函数模型、多台汽轮机‑调速器模型传递函数、多台水轮机‑调速器的传递函数。并考虑基于桨距控制一次调频控制策略,计算求解了不同风电渗透率下电力系统等效惯性时间常数。通过融合以上模型和参数,建立了改进型SFR频率响应模型,据此计算求解以功率缺额扰动为输入,并以系统频率偏差为输出的闭环系统传递函数,从而可计算负荷突增阶跃响应下的系统频率偏差频域/时域解析解。最后通过仿真算例系统验证了计算方法的有效性和精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法
本专利技术涉及含风电的电力系统频率特性分析与计算
,尤其是涉及一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法。
技术介绍
在传统的电网频率特性研究中,通过建立包含水电机组、火电机组原动机/调速器模型,同时考虑常规机组的惯性响应作用和负荷调节效应来建立频率响应评估模型,通过设置预想频率事故来计算、分析电网频率响应特性,但并未考虑风电对系统频率响应的贡献。随着风电渗透率持续增加,为保障电网频率安全稳定,一次调频辅助控制技术成为研究热点,并在学术界、风机制造厂商和电网实际运行中逐步推广应用。与同步发电机组一样,需要通过建立风电场的有功/频率响应模型来定量表征一次调频响应作用,并纳入到传统频率响应评估模型中进行更新,才能真实、客观地反映含风电有功/频率响应作用的电网频率特性。因此,该专利基于浆距控制的一次调频辅助控制技术,讨论风电有功/频率耦合的电力系统频率特性分析与计算问题。
技术实现思路
以大规模风电接入电力系统为对象,考虑风电一次调频响应作用时,本专利技术提供了一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,可以客观真实地反映功率缺额下含风电电力系统的频率响应特性。本专利技术采取的技术方案为:一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,包括以下步骤:步骤1:引入加权的动态等值参数聚合法,可分别对后续n台火电机组群、水电机组群和风电机组群进行参数等值计算,并求其等值机组的参数KG:其中,下标j,G分别为机群中第j台机组和等值机,Sj为第j台机组的额定容量。步骤2:采用浆距控制的一次调频辅助控制策略时,风机转速被钳制在额定转速,不进行虚拟惯性响应。计算不同风电渗透率下系统等效惯性时间常数H∑可表示为:其中SWFi,SeqWFi,HCONi,SCONi含虚拟惯性控制的风电场的额定容量,不含虚拟惯性控制的风电场惯性的额定容量,常规电场惯性时间常数、额定容量。步骤3:基于浆距控制的一次调频辅助控制策略,计算求解风电场的一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmWF(s):根据专利技术专利(CN201610596309.0),单台风电机组一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmwt(s)为:上式中,s为拉普拉斯频域算子,w0,w1,w2,k0为传递函数系数。采用加权动态等值参数聚合法时,风电场基于桨距一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmWF(s)为:其中k0G,w0G,w1G,w2G分别为传递函数hmWF(s)的各项等值参数。步骤4:根据单台汽轮机-调速器模型传递函数hmT(s)和水轮机-调速器的传递函数hmH(s),采用加权动态等值参数聚合法,可计算得到多台机组等值传递函数hmTΣ(s)和hmHΣ(s)为:上式中,RTG,RHG,TRHG,FHPG,TwG分别为汽轮机调差系数,水轮机调差系数,再热器时间常数,高压涡轮级功率占比,水锤效应系数的等值聚合参数。步骤5:建立改进型SFR频率响应模型,如图2所示,当采用浆距一次调频辅助控制策略时,根据步骤2,可计算模型的开环传递函数G(s):其中,D为负荷阻尼系数,公式中其余物理量如前述所示。根据步骤3和步骤4,即可计算模型的反馈传递函数h(s)为:对应的闭环传递函数为:上式中,b2m,b2m-1,,,b20,a2n,a2n-1,,,a20分别为闭环传递函数各次项系数。步骤6:以负荷功率缺额ΔPL(s)为模型输入,系统频率偏差Δωs(s)为模型输出,对频率响应模型进行化简,利用部分分式展开法求解系统频率偏差的时域解Δωs(t)为:其中,r为部分分式展开的余数数组,p为部分分式展开的极点数组,k为常数项;n1是实数根个数,n2是共轭复数根的对数,ζl是共轭复数根反映的二阶系统阻尼系数,ωnl是共轭复数根反映的二阶系统振荡角频率,A0是Δωs(s)在s=0处的留数,Aj是Δωs(s)在实数极点s=/pj处的留数,Bl和Cl分别为Δωs(s)在共轭复数极点处s=/(Bl±jCl)留数的实部和虚部,,由此可得到频率偏差的时域解为:上式中,公式中其余物理量如前述所示。本专利技术一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,优点在于:对含大规模风电接入的电力系统,针对大于额定风速运行条件,基于浆距控制一次调频辅助控制技术,通过建立系统传递函数模型来描述风电场一次调频响应作用,并将其纳入到传统频率响应模型中,建立改进型SFR模型,从而可以客观真实地反映功率缺额下含风电电力系统的频率响应特性,这尤其对于风电渗透率越高的系统具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为改进型SFR频率响应模型。图3为基于风电场浆距控制一次调频响应的电力系统频率响应传递函数框图。图4为本专利技术实施例的仿真系统图。图5为突增负荷时风电渗透率为10%下系统频率响应曲线图。图6为突增负荷时风电渗透率为20%下系统频率响应曲线图。图7为突增负荷时风电渗透率为30%下系统频率响应曲线图。图8为突减负荷时风电渗透率为10%下系统频率响应曲线图。图9为突减负荷时风电渗透率为20%下系统频率响应曲线图。图10为突减负荷时风电渗透率为30%下系统频率响应曲线图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术,下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述,应当理解,此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术中基于风电场浆距控制一次调频响应的电力系统频率响应传递函数框图3所示,各部分控制模型均由该图给出。一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,包括以下步骤:步骤1:引入加权的动态等值参数聚合方法,可分别对后续n台火电机组群、水电机组群和风电机组群进行参数等值计算。则等值机组的参数为:其中,下标j,G分别为机群中第j台机组和等值机,Sj为第j台机组的额定容量。步骤2:求解不同风电渗透率下电力系统等效惯性时间常数H∑;采用浆距一次调频辅助控制策略时,风机转速被钳制在额定转速,不进行虚拟惯性响应。不同风电渗透率下的系统等效惯性时间常数H∑可表示为:其中SWFi,SeqWFi,HCONi,SCONi含虚拟惯性控制的风电场的额定容量,不含虚拟惯性控制的风电场惯性的额定容量,常规电场惯性时间常数、额定容量。步骤3:基于浆距控制的一次调频辅助控制策略,计算求解风电场一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmWF(s):根据专利技术专利(CN201610596309.0),单台风电机组的一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmwt(s)为:采用加权动态等值参数聚合方法时,风电场基于桨距一次调频控制系统的等值聚合模型传递函数hmWF(s)为:其中k0G,w0G,w1G,w2G分别为传递函数hmWF(s)的各项等值参数。步骤4:根据单台汽轮机-调速器模型传递函数hmT(s)和水轮机-调速器的传递函数hmH(s),采用加权动态等值参数聚合方法,分别计算得到多台机组等值传递函数hmTΣ(s)和hmHΣ(s)为:其中RTG,RHG,TRHG,FHPG,TwG分别为汽轮机调差系数,水轮机调差系数,再热器时间常数,高压涡轮级功率占比,水锤效应系数的等值聚合参数。步骤5:建立本文档来自技高网...
一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/60/201710086817.html" title="一种基于风电桨距一次调频控制的电网频率特性计算方法原文来自X技术">基于风电桨距一次调频控制的电网频率特性计算方法</a>

【技术保护点】
一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:引入加权的动态等值参数聚合方法,分别对后续n台火电机组群、水电机组群和风电机组群进行参数等值计算,并求其等值机组的参数K

【技术特征摘要】
1.一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:引入加权的动态等值参数聚合方法,分别对后续n台火电机组群、水电机组群和风电机组群进行参数等值计算,并求其等值机组的参数KG;步骤2:计算不同风电渗透率下的系统等效惯性时间常数H∑;步骤3:基于浆距控制的一次调频辅助控制策略,根据单台风电机组的一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmwt(s)为,采用加权动态等值参数聚合方法时,计算求解风电场基于桨距一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmWF(s);步骤4:根据单台汽轮机-调速器模型传递函数hmT(s)和水轮机-调速器的传递函数hmH(s),采用加权动态等值参数聚合方法,计算求解多台机组等值传递函数hmTΣ(s)和hmHΣ(s);步骤5:在前述步骤基础上,并计及负荷阻尼效应,建立含H∑、hmWF(s),以及汽轮机-调速器聚合模型hmTΣ(s),水轮机-调速器聚合模型hmHΣ(s)的电力系统改进SFR模型;步骤6:以负荷功率缺额ΔPL(s)为模型输入,系统频率偏差Δωs(s)为模型输出,对频率响应模型进行化简,利用部分分式展开法求解系统频率偏差的时域解Δωs(t)。2.根据权利要求1所述一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,其特征在于:所述步骤1中的等值机组的参数KG:其中,下标j,G分别为机群中第j台机组和等值机,Sj为第j台机组的额定容量。3.根据权利要求1所述一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,其特征在于:采用浆距控制的一次调频辅助控制策略时,风机转速被钳制在额定转速,不进行虚拟惯性响应,所述步骤2中不同风电渗透率下的系统等效惯性时间常数H∑,表示为:其中SWFi,SeqWFi,HCONi,SCONi含虚拟惯性控制的风电场的额定容量,不含虚拟惯性控制的风电场惯性的额定容量,常规电场惯性时间常数、额定容量。4.根据权利要求1所述一种基于浆距控制的风电有功/频率耦合电力系统频率特性计算方法,其特征在于:所述步骤3中风电场一次调频响应聚合模型,采用浆距控制的一次调频辅助控制策略时,求解风电场一次调频响应等值聚合模型的传递函数hmWF(s):单台风电机组的一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmwt(s)为:上式中,s为拉普拉斯频域算子,w0,w1,w2,k0为传递函数系数;采用加权动态等值参数聚合方法时,风电场基于桨距一次调频控制系统的动态响应模型传递函数hmWF(s)为:其中k0G,w0G,w1G,w2G分别为传递函数hmWF(s)的各项等值参数。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:李世春唐红艳雷小林邓长虹郑峰李振兴钟浩付文龙刘文丽刘道兵
申请(专利权)人:三峡大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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