[发明专利]含风电的电力系统频率响应模型建立方法和频率特性指标计算方法

说明书

本发明公开了一种含风电的电力系统频率响应模型建立方法和频率特性指标计算方法，其中模型建立方法，包括如下步骤：1、假设传统电力系统的发电机组类型是火电机组，将占系统总发电量比例为ρ的风电机组代替同等容量的火电机组接入电网；2、风电场风电机组采用虚拟惯性和桨距角减载的频率辅助控制策略，根据风电机组的转子运动方程，并采用小信号分析方法，建立风电机组的降解动态频率响应模型；3、根据传统电力系统的频率响应模型和建立的风电机组降解动态频率响应模型，建立计及风电调频的电力系统频率响应模型。采用该方法建立的模型能够快速、精确地评估电力系统的动态频率响应特性。

技术领域

本发明属于电力系统动态频率分析技术领域，具体涉及一种计及风电参与调频的电力系统频率响应模型建立方法和电网动态频率特性指标计算方法。

背景技术

大规模风电并网运行正深刻的改变着电力系统的动态运行特性，不同于传统的同步发电机，风电机组是通过电力电子变换装置进行并网，其输出的有功功率和电网频率是完全解耦的，另外风电机组一般处于最大功率运行状态，没有预留的备用功率。带来的结果是风电机组不能给电力系统的频率响应作出贡献，大规模的风电并网或负荷的大幅扰动都会给电力系统的频率带来较大的挑战。因此，有必要对风电并网系统的动态频率响应特性进行深入的研究。

为解决风电并网的频率稳定问题，国内外学者对风电机组参与频率调节的控制策略进行了大量的研究。其中最为有效的风电机组调频控制策略就是基于虚拟惯性和桨距角的联合控制策略，后续的很多研究是在该策略上进行的深入探讨。此类风电调频控制策略的研究对象都是风电机组内部的控制策略，在频率调节方面也能取得一定的改善效果。然而，却很少有大规模风电并网的电力系统频率动态响应特性的研究。

传统的电力系统动态频率响应模型的机组都是火电机组，大规模风电的接入使得该模型已不再适用。因此，为深入研究大规模风电并网的电力系统动态频率响应特性，那么很有必要建立含风电的电力系统频率响应模型。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的问题，本发明提供了一种适用于大规模风电并网电力系统频率响应模型，能够快速、精确地评估电力系统的动态频率响应特性。

技术方案：本发明一方面公开了含风电的电力系统频率响应模型建立方法，包括如下步骤：

(1)假设传统电力系统的发电机组类型是火电机组，将占系统总发电量比例为ρ的风电机组代替同等容量的火电机组接入电网；

(2)风电场风电机组采用虚拟惯性和桨距角减载的频率辅助控制策略，根据风电机组的转子运动方程，并采用小信号分析方法，建立风电机组的降解动态频率响应模型；

(3)根据传统电力系统的频率响应模型和建立的风电机组降解动态频率响应模型，建立计及风电调频的电力系统频率响应模型。

步骤(2)中风电机组的功率变化量为：

其中s为拉普拉斯算子，v为实时的风速，△v(s)为风速变化量；△f(s)为频率变化量，中间参数为：

上式中R_w和k_w是虚拟惯性控制的参数，ω是转子转速，k_p是风能最大利用系数；k_C是风能利用系数对叶尖速比的偏导数，C_Pref是风能利用系数的参考值，λ_ref是叶尖速比的参考值，k_β是风能利用系数对桨距角的偏导数，k_b是桨距角控制的比例系数，H_w是风力发电机的惯性时间常数。