大规模风电并网系统频率响应等值模型苗翯

大规模风电并网系统频率响应等值模型苗翯

苗翯

(江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013)

摘要：电力系统频率响应反映了系统遭受大扰动后的频率特性。随着风力发电的并网，系统频率响应能力将逐渐减弱，频率稳定性将迎来很大挑战。因此，正确评估系统频率响应具有重要意义。本文将分析风电机组并网后对电力系统频率响应的影响，在此基础上给出频率响应评估模型各部分等值方法及各参数意义。并用该模型来分析不同风电渗透率情形下系统出现有功缺额后的频率特性，并与实际仿真系统进行对比，验证模型精度。

关键词：风力发电；频率响应；频率稳定性；频率特性

0引言

风电已经成为世界上发展最快的新能源发电方式[1]。由于双馈机组（3型）和全整流型风电机组（4型）具有故障率低、可靠性强、功率调节方便等优点，已逐渐成为风力发电的主流机型[2]。由于采用的变流器控制，其转速与电网频率解耦，在系统频率发生变化时，不能像其它常规同步机组具有惯性响应和一次调频能力来支持系统频率。因此合理评估电力系统频率响应成为关注的热点[3-5]。

1系统频率响应等值简化模型

文献[6]提出了将实际电力系统用等值简化模型代替的思想，并具有一定的精度。但该文献提出的等值模型仅仅适用于纯火电机组的电力系统。本文将提出反映风电并网的频率响应简化计算模型，具有较高的评估精确度，并适用于高风电渗透率下的频率响应评估。

完整的频率调节系统包括调速器、汽轮机、发电机和负荷等对频率的调节作用。当风电并网时，频率响应模型可简化如下：

H为系统参与调频的火电机组总的惯性时间常数，K为系统负荷调节效应系数。

当风电接入电力系统后，当风电机组不参与系统频率调节时，可以当作恒功率模型处理。ΔPT(s)为汽轮机发电机组提供的功率；ΔPa(s)为发电机有功缺额，取508MW；ΔF(s)为是系统频率偏差。当系统运行一段时间后，切除一台发电机时，这个过程可以可以看作阶跃响应。

因此可利用该模型评估不同风电渗透率情形下，系统切除发电机后的频率特性。

2算例仿真验证

本文利用PSS/E34.1仿真软件搭建IEEE10机39节点的仿真系统（新英格兰系统）。以下分析切除一台大功率发电机后，风电渗透率依次为0%、4.07%、14.65%、23.44%、33.74%、42.52%时，该等值模型与实际系统仿真的系统频率特性。

2.1风电并网频率响应行为

不同风电渗透率下系统出现有功缺额后，该等值模型与实际系统仿真的系统频率特性对比结果如图。

当切除一台大功率发电机时，负荷功率与发电功率失衡，系统频率开始降低。当频率下降到一定程度时，调速器开始启动，在调速器和负荷共同调节下，系统频率逐渐回升，最终达到稳定值。由于上述模型作了一定简化，只考虑原动机再热时间常数TR、调速器调差系数R等几个参数，因此该模型与实际频率调节系统的频率特性曲线有一定差距。

2.2频率响应模型精度评估

电力系统频率响应主要包括惯性响应和机组的一次频率调整。通常用最低点频率和稳态频率两个指标来描述系统频率响应。本部分将对比不同风电渗透率下系统出现有功缺额后，该等值简化模型与时域仿真所得频率特性曲线在最低点频率和稳态频率，并给出该模型这两个指标的精度。

表1系统最低点频率及误差

通过对比可以看出，用该模型来评估实际系统的频率响应具有较高精度，对实际具有一定的指导意义。

3结论

本文所建立的频率调节系统等值模型可代替实际复杂的电力系统，从而简化了实际电力系统的模型。实现了通过简单模型来研究复杂系统的效果。用于反映高渗透率风电并网后系统出现有功缺额时的频率特性具有较高的计算精度。