风电替代火电调频策略对频率的影响研究

为了全面研究在风电替换火电场景下风电机组采用调频控制策略对系统惯性和一次调频结果的影响，本节通过仿真得到了在三个主要运行区域代表风速7 m／s、10 m／s、12 m／s不同风电容量占比下负荷突增、负荷突减以及发生三相短路故障时系统的频率变化曲线。风电替换火电场景下不同风电占比下的电源组成如表6－4所示。图6－23所示为在恒功率区风电容量占比25%时两种控制策略的频率响应。

从图6－23看出，可以用频率仿真结果中的频率跌落最低点、频率上升最高点分别表示负荷突增以及三相短路、负荷突减时系统的惯性表现，以及用稳态频率跌落值、稳态频率上升值分别表示负荷突增以及负荷突减后系统频率的恢复能力，所以为了能直观地对比出所提策略的调频效果，下文的仿真结果均以关键频率值的形式表示。

图6-23　恒功率区风电容量占比25%时两种控制策略的频率响应

（a）负荷突增时频率变化对比图；（b）负荷突减时频率变化对比图

图6-23　恒功率区风电容量占比25%时两种控制策略的频率响应（续）

（c）三相短路时频率烃化对比图

1.调频策略在负荷突增仿真中对频率响应的影响

在不同风速以及系统风电容量占比下，系统出现负荷突增的功率扰动后采用减载调频控制策略和最大风能追踪控制（MPPT）策略的频率仿真结果对比如图6－24所示。

图6-24　负荷突增工况下频率仿真结果对比

（a）各仿真结果中的频率跌落最低点；（b）各仿真结果中的稳态频率跌落值

从图6－22（a）关于频率跌落最低点的对比可知，风电场采用减载调频策略后对系统发生负荷突增的功率扰动后的惯性支持效果明显，在全风速下采用调频策略后系统频率的跌落最低点都明显高于对应采用最大风能追踪控制的频率最低点。在高风速下（恒转速和恒功率区）随着风电占比的提高，采用调频策略后的风电场对系统惯性支持效果越明显。但当风速较低时（最大风能跟踪区），即使风电场参与了系统的一次调频，风电占比的提高仍然会降低系统的惯性响应表现。(www.xing528.com)

图6－22（b）对比了采用两种控制策略后的系统稳态频率跌落值。采用调频策略后明显改善了系统在各个风速下的一次调频稳态效果，静态频率偏差的减小说明系统对频率的调整能力增强。与控制策略中风速对惯性支持的影响相同，在高风速下（恒转速和恒功率区），系统对稳态频率的调整能力随着风电容量占比的提高而增强，但在低风速下（最大风能跟踪区），风电占比的提高反而会增加系统的静态频率偏差。随着风速增加机组出力升高，风电场能为同步机组分担更多的冲击功率，所以在同一风电容量占比下，系统频率跌落最低点和稳态频率跌落值都会随着风速的增大而增大。

2.调频策略在负荷突减仿真中对频率响应的影响

在不同风速以及系统风电容量占比下，系统出现负荷突减的功率扰动后采用减载调频控制策略和最大风能追踪控制策略的频率仿真结果对比如图6－25所示。

图6-25　负荷突减工况下频率仿真结果对比

（a）各仿真结果中的频率上升最高点；（b）各仿真结果中的稳态频率上升值

图6－22（a）对比了采用两种控制策略下的系统频率上升最高点。采用减载调频策略后可以有效抑制发生负荷突减功率扰动后频率的上升趋势，在全风速下采用调频策略后对比采用最大风能追踪控制策略，频率上升最高点都明显降低。在高风速下（恒转速和恒功率区）随着风电容量占比的提高，采用调频策略对初期频率上升的减缓作用越明显，但在风速较低时（最大风能跟踪区），风电容量占比的提高会降低系统在负荷突减时对频率上升的抑制作用。

从图6－22（b）可知，采用调频策略后明显改善了扰动后系统的频率恢复能力，在全风速下频率的静态频率偏差都减小，说明系统对频率的调整能力得到了增强。随着风速的提高、风电机组出力的增大，在相同风电容量占比下系统的静态频率偏差会进一步减小，说明风速越大越有助于提高系统频率的静态恢复能力。

3.调频策略在三相短路仿真中对频率响应的影响

在不同风速以及系统风电容量占比下，系统出现三相对地短路的功率扰动后采用减载调频控制策略和最大风能追踪控制策略的频率仿真结果中频率最低跌落点的对比如图6－26所示。

图6-26　系统三相短路仿真中频率跌落最低点对比

从图6－26可知，风电场采用减载调频策略后对系统发生三相短路的功率扰动后的惯性支持效果明显，在全风速下采用调频策略后系统短路的频率跌落最低点都明显高于对应采用最大风能追踪控制的频率最低点，且随着风速的提高、风电机组出力的增大，在相同风电容量占比下对系统的惯性支持作用越大，说明风速越大越有助于提高系统在三相短路故障中频率的稳定性。