兼顾系统调频需求的分布式风电分散自治调控策略

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1、http://www.paper.edu.cn1兼顾系统调频需求的分布式风电分散自治调控策略陈宁，于继来哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨（150001）E-mail：chenning8375@163.com摘要：越来越大量的风力发电将分布在配电系统中，它们无法像常规电源一样由输电网调度中心集中调度和控制，通常需要采用分散自治的调控方式。然而，风电机组完全不顾输电系统的运行需求充分自治，会在某些方式下导致系统运行状态恶化。因此，需要研究风电机组新型调控策略，使充分自治转变成能够兼顾系统某些特殊运行需求的有限自治，配合系统渡越难关

2、。针对此问题，本文提出了能够兼顾系统调频需求的分布式风电机组的分散自治调控策略，该策略根据风电机组运行信息和系统频率将风电机组调控区划分为并网控制区、正常调控区、异常调控区、紧急调控区和脱网控制区5类，并给出了三种新的调控模式，分别为异常调控模式、紧急调控模式和故障调控模式。算例结果表明：风电机组能够较好地根据系统调频需求，在可用最大输出功率范围内调整自身输出功率，在一定程度上给予系统积极的支持。关键词：风力发电；调频；分布式；分散；自治1．引言能源危机、环境问题和电力市场化等因素加速了分布式发电(DistributedGen

3、eration,DG)的发展，其中，尤以风电发展最快。电力系统中DG比重的不断增加，势必会对电网产生多种积极和消极影响，有必要深入研究风电机组自身的控制及其对系统的影响以及如何兼顾系统某些运行需求的问题。文献[1]综述认为，变速恒频双馈风力发电机组可以采用矢量控制、直接功率控制、多标量控制等方式弥补自身控制的某些不足。文献[2]指出DG可以提高现有发电设施利用率，并对配电系统起一定支持作用。文献[3-4]认为合理地规划和增加DG可以对电压起到一定的支撑作用并能够减小线路损耗。文献[5]-[6]分析了风电对系统频率的影响。文献[

4、7]认为当DG输出功率过剩，对配电网注入过多功率会影响系统的可靠性，并指出：采用风能、太阳能等间歇性和随机性比较强的电源会对系统可靠性产生不利影响。文献[8]指出风力发电并网运行会影响系统频率，但风电机组自身缺乏对频率的调节能力，只能依靠输电网调度员或调节装置来维持系统频率。风电机组自身缺乏对频率的调节能力是由技术标准IEEE-1547[9]造成的，该标准还规定：在电网故障或非正常状态运行时，DG必须自动脱网运行。这种缺乏对系统频率调节作用的控制方式和没有兼顾系统特殊运行需求的自动脱网方式有可能给系统带来比较大的负面影响。文献

5、[10,11]由德国电力系统的实际运行情况指出，在系统三相短路之后，按照现有控制方式将会损失大量风力发电容量，从而使系统运行状态恶化，并给出相应的措施。文献[12]通过2006年11月4日的欧洲大停电事故指出，故障过程中风力发电无序的解列、并网及增加输出功率，对电网运行起到了“火上浇油”的作用。实际上，上述“无序”并不是由风电机组分散自治控制的“无组织性”造成的，而是由IEEE-1547标准对风电机组运行的“不合理要求”造成的。IEEE-1547标准更多地关注风电机组自身，而对特殊运行方式下的系统需求缺乏足够考虑。随着风力发电

6、的快速发展，将会有越来越多的风电机组分布在配电网中。它们无法像接接入输电网的电源一样由输电网调度中心集中调度和控制，也难以要求面多量广的分布式风1本课题得到国家自然科学基金项目（50477008）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（20040213031）；黑龙江省自然科学基金项目（E0326）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn电机组经由配电管理中心或某一集中控制中心通过与输电网调度中心的间接协调实行统一控制，因此，分布式风电机组应该更多地采用分散自治控制方式。但由前述文献综述看出，大量的风电机组采

7、用现行运行标准，缺乏对输电系统调频需求的考虑，这种完全不顾输电系统运行需求的充分自治控制方式容易恶化系统频率，对系统运行起“火上浇油”的作用。刚刚过去的欧洲“11.4”大停电事故的惨痛教训警示人们：必须对风电机组现行标准加以修改和完善，使分散自治控制方式能够兼顾系统某些特殊运行需求，让风力发电更好地发挥积极作用。基于上述分析，本文从分布式风电机组分散自治控制如何兼顾系统调频需求的角度出发，提出了新的风电机组调控模式，使分布式风电机组能够配合输电系统的调频，加速系统频率的改良或阻滞系统频率恶化，利于系统频率恢复。2．风电机组常规

8、自治控制方式对系统调频的不利影响目前，变速恒频作为风电机组的主流控制技术得到广泛应用。该技术通过相应的功率转换装置实现输出电能的频率恒定。图1为典型的变速恒频风力发电系统原理图[13]。图中，fs为电网频率，f1为定子输出频率，fw为风电机组转子旋转频率，f2为励磁控制电流频