风储联合运行参与电网一次调频优化控制技术

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随着国家"30.60"双碳目标的提出,以风电为代表的新能源发电持续高速发展。目前,风力发电系统均运行于最大功率模式,以风能的最大效率为目标,无法在电力系统频率变化时提供额外的惯性及备用调频容量。随着风力发电渗透率的不断增加,电网中常规机组的容量和出力被大幅度压缩,导致电力系统调频容量以及惯性不足,不利于电力系统的稳定运行。对于风电机组而言,独立调频能力有限,还易造成风资源浪费,且频繁调节转速会降低机组的运行寿命。储能具有精准、快速、灵活的功率响应能力,可以参与电力系统频率调节。但由于储能的投资和运行成本较高,一定程度上制约了储能单独参与调频的可行性。因此如何构建风储联合调频系统,使其不仅能够充分发挥风电场与储能各自的调频特性,还可以提升储能的安全高效的运行水平,成为风储联合调频的研究热点和亟待解决核心关键问题。对此本文做了以下工作:(1)分析了双馈风力发电机与储能系统的结构、工作原理、数学模型,详细阐述了双馈风机与储能系统的控制方法。(2)建立电力系统一次调频的数学方程,分析了风电并网对电力系统的惯性与调频容量的影响。分析了风电机组的虚拟惯量控制、变桨距角控制、超速控制与储能的下垂控制、虚拟同步控制,提出了基于虚拟同步惯量系数自适应的储能调频控制方法。基于以上研究,建立了风储联合调频系统,其中选择风机超速控制与储能虚拟同步惯量自适应控制作为风储联合调频控制策略。建立仿真平台,分别对风机、储能以及风储联合调频控制策略的有效性进行了验证。(3)提出了风储联合分层调控及储能运行区间优化的风储一体化调频控制策略。其中将风电场及其配套储能系统整体作为电网频率响应控制对象,采用分层控制,将虚拟同步惯量自适应控制作为整个风储联合系统的上层控制。提出功率优化分配方法,确定风电场及储能各自功率响应目标,进而完成各自调频功率响应;同时,提出了储能运行区间优化原则,根据储能荷电状态(state of charge,SOC)将其运行区间划分为正常调频区域、预警区域、禁止区域,以提升储能系统的安全、高效运行水平。通过仿真分析验证,风储联合分层调控及储能运行区间优化的风储一体化调频控制策略不仅能够有效参与电网调频响应,还可以实现调频功率在风电场与储能系统之间的合理分配,兼顾了风能的高效利用、风储联合调频的有效性及储能系统的安全水平。
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