[发明专利]一种检测风电场快速频率响应功能的方法

说明书

本发明公开了一种检测风电场快速频率响应功能的方法，风电场利用有功控制系统、单机或加装独立控制装置完成有功‑频率下垂特性控制，快速频率响应有功‑频率下垂特性通过设定频率与有功功率折线函数实现，使其在并网点具备参与电网频率快速响应功能，完成快速频率响应功能改造；风电场完成快速频率响应功能改造后，通过数据记录分析仪、频率信号发生装置等仪器开展频率阶跃扰动试验、模拟实际电网频率扰动试验，验证风电场是否具备快速频率响应功能，保证在风电容量不断增加条件下电网频率稳定。

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，具体的，涉及一种检测风电场快速频率响应功能的方法。

背景技术

着经济社会发展，能源生产和消费持续增长，化石能源的大量开发和使用，导致资源紧张，环境污染，气候变暖，冰川消融，海平面上升等突出问题，严重威胁人类生存和可持续发展。据统计，我国煤炭，石油，天然气储产比分别为31年，11.9年和28年，远低于世界平均水平；能源消费总量达37.5亿吨标准煤，约占世界能源消费总量的22％；石油和天然气对外依存度分别达到58.6％，和31.6％，能源形势尤为严峻。光伏、风电等新能源不仅具备清洁高效、可再生的特点，而且储量丰富。自此我国开始倡导清洁能源的高效利用，进行能源结构转型，实现清洁替代。风电是新能源发电中技术发展最快、装机规模最大。2018年中国风电新增装机容量2114万千瓦，累计装机容量达到2.1亿千瓦。2019年我国风电装机量将达到2.23亿千瓦，未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为9.02％，2023年将达到3.15亿千瓦。

电力系统的频率反映了发电量与用电量的平衡情况，是衡量电能质量的要素之一，电力系统的频率取决于接入系统的同步发电机的转速，系统频率主要依靠传统汽轮机调速系统来实现一次调整。随着风能的大力发展，风电等清洁能源减少了发电过程中对化石燃料的依赖，最终将会在电力系统中占主体地位。然而当风力发电取代火力发电大规模接入系统时，系统频率质量将受到挑战。

风力发电需要考虑系统电压、频率、故障时迅速脱网等问题，并能够抵抗一定异常情况。研究风力发电对系统频率影响需考虑两方面内容，从一次能源特性角度可知，风速具有间歇性和波动性，其对应产生出的电能不加控制接入系统，可能带来系统有功功率的随机增加和减少，影响频率调节，也会增加系统额外的旋转备用；从现有风力发电机组结构分析，其采用电力电子技术作为依托，通过网侧逆变器将风力发电机组与电网分开，使得有功功率和无功功率控制能够解耦，将系统与风力发电机隔离，失去了与系统的物理联系。如果这种并网风力发电机组不参与系统的频率调节，便不能够依据系统频率的偏差增发或减发输出有功功率，在系统有功功率不平衡时，无法响应系统变化的频率，不利于系统频率的稳定。

在不增加频率控制环节的条件下，风电场穿透功率越大，即风电注入电力系统的比重越大，系统就越不稳定。不断增加的风电容量可能导致更严重的频率偏移，频率扰动现象会更加明显。在负荷动态变化的过程中，如果风电机组逐步替代火电机组，仅仅提供充分的旋转动能和备用是不够的，仍旧需要增加合适的控制环节，才能够避免频率震荡。因此，当风力发电机组大规模替代传统发电机组接入系统时，必须具备与传统发电机组相似的频率响应能力。

风电场完成快速频率响应功能改造后，应该在风电场并网点通过现场试验验证是否具备快速频率响应功能，然而现有检测手段在检测效率、检测效果和经济性等方面存在不足，给电网运行和管理带来了一系列挑战。

发明内容

本发明适用于新能源发电技术领域，提供了一种检测风电场快速频率响应功能的方法，风电场穿透功率越大，即风电注入电力系统的比重越大，系统就越不稳定；不断增加的风电容量可能导致更严重的频率偏移，频率扰动现象会更加明显。因此，当风力发电机组大规模替代传统发电机组接入系统时，采用本方法具备与传统发电机组相似的频率响应能力。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：