大规模风电并网的电力系统频率响应评估方法研究

引言

本文搭建了一种涵盖大规模风电机组、火电机组、水电机组的频率响应模型,提出了快速评估方法,通过对各种运行情况进行仿真计算,给出频率响应曲线。对比时域仿真的频率响应曲线发现,该模型评估频率响应具有较高精度,并且耗时大大减少。

1含风电的频率响应快速评估模型

1.1同步发电机等值模型

如果电力系统含有n台同步机组,且每台等效为单机模型,可以表示如图1所示。

其中APT(s)=APm(s)-APe(s)为同步机组机械功率与电磁功率之差拉氏变换,AF(s)为系统频率偏差A/ave(1)的拉氏变换。K8P为系统总的负荷有功频率调节效应系数。全系统总惯性时间常数是

其中,第i台同步机组的惯性时间常数是Hi。

1.2原动机及调速器等值模型

1.2.1汽轮机及调速器等值模型

当系统有nl台汽轮机组(火电机组)时,可将系统中的汽轮机和调速器等值。汽轮机及调速器

等值模型如图2所示。

其中7H是汽轮机再热时间常数,F3为系统等值汽轮机高压缸稳态输出功率占汽轮机总输出功率的比例,l/R为等值调速器调差系数。

1.2.2水轮机及调速器等值模型

理想水轮机及调速器等值简化模型如图3所示。

1.2.3具有调频能力风电机组等值模型

如果系统中有nw个风电场参与系统频率调整,等值模型如图4所示。

图中,Hv表示风电机组的虚拟惯性时间常数,Kv表示风电机组的下垂系数。

2系统频率响应等值模型

电力系统切除功率为APa的发电机/厂,如果视作瞬间过程,即当成阶跃响应,有APa(s)=APa(1)/s,根据图1、2、3、4,可以建立系统频率响应等值模型,如图5所示。

3算例仿真验证

3.1仿真系统简介

采用西门子公司开发的Pss/EwSRl电力系统仿真软件,搭建l0机w9母线新英格兰系统进行仿真分析。研究不同案例下,在MATLAB中所建立的等值模型用于系统频率响应评估的正确性。具体情形如表1所示。

3.2不同系统组成下频率响应评估

图6给出了10机39母线新英格兰系统在不同情形下切除一台大功率发电机组时,快速评估模型和时域仿真得到的频率响应曲线。

表2给出了以上6种情形下,10机39母线系统快速评估模型和时域仿真频率响应评估时间。

4结语

通过以上研究可知,采用本文所提模型和评估方法对系统频率响应进行评估,精度高,耗时少,对风电接入电力系统规划和运行调度具有重要意义。