大规模风电并网对电力系统频率响应影响的快速评估模型与机理研究

摘要

目前，风力发电已经成为世界上最清洁、发展最快的新能源发电方式。我国千万千瓦级大规模风电基地正逐步并网。随着风电渗透率不断升高，电力系统惯量将会逐渐减小，电力系统一次调频能力下降，从而大规模风电接入导致电力系统频率响应恶化，威胁到系统安全稳定运行。因此，研究大规模风电并网对电力系统频率响应的影响以及风电接入的电力系统频率响应快速评估模型，对含高渗透率风电的电力系统规划和运行具有重要的理论和实际意义。对大规模风电场并网的电力系统频率响应问题，本文进行以下两方面研究： （1）电力系统规划和运行都需要评估含大规模风电的电力系统频率响应行为。当前对含大规模风电的电力系统频率响应行为评估方法主要依靠建立较详细的机电暂态模型进行时域仿真。但是含大规模风电的详细机电暂态模型的时域仿真消耗时间巨大，导致系统频率响应行为评估研究效率较低。 针对上述问题，本文提出一种含高渗透率风电的电力系统频率响应快速评估模型，详细阐释了所提频率响应模型的参数等值聚合方法和误差分析方法。随后，采用IEEE 10机39节点模型，对比分析了详细机电暂态模型和所提快速评估模型的频率响应行为。研究结果表明，在 MATLAB 中使用所提评估模型比在 PSS/E 中使用详细机电暂态模型的计算速度提高了百倍数量级，并具有合适的分析结果精度，对电力系统运行和规划具有重要意义。 （2）针对风电机组参与电力系统调频场景，推导了电力系统频率初始下降率，最低点频率，稳态频率以及稳态过渡时间等重要电力系统频率响应指标的解析式。分析了风电参与调频对这些指标的影响。研究结果显示，风机虚拟惯量控制和下垂控制有利于改善电力系统频率响应特性，但风电机组参与不同的调频方式对电力系统频率响应的各个指标贡献度不同：虚拟惯量控制用于改善频率变化率，下垂控制用于提高最低点频率和稳态频率。

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