可调度友好风电场有功功率控制研究

Active power controls of the schedulable and friendly wind plant is an urgent need of large-scale wind power grid integration. The active power control study object of the schedulable and friendly wind plant include its power of can be associated with the power balance of grid integration of wind plants, its power fluctuation can be restrained and it also can provide active power requirement to grid integration of wind plants in the mergencies, meanwhile as much as possible use of wind energy and reduce the adverse impact of the grid system. The project suggests to improve wind farms frequency characteristics with small capacity battery energy storage system, to study active power coordingation control of the schedulable and friendly wind plant based on multi-information with the ultra-short-term wind power forecasts, the state of charge of the battery , grid ancillary services and frequency deviation, taking into account limited fluctuations of wind power and the state of charge of the battery, and to research real-time estimation method of the schedulability and adjustable amount in wind plant operation based on wind power prediction error and battery available capacity analysis. So, the project will present an active power control method of the schedulable and friendly wind plant.

可调度友好风电场是大规模风电并网的迫切需求。通过研究可调度友好风电场的有功功率控制，实现风电场参与并网风电系统的功率平衡、抑制输出功率波动和在紧急需要条件下支持并网系统的功率需求的目标，同时尽可能充分利用风能和减小对并网系统不利影响。本项目提出配置小容量电池储能系统，研究改善风电场频率特性。提出基于风电功率超短期滚动预测、电池荷电状态、电网辅助服务和频率偏差多信息融合，并考虑风电功率波动和电池荷电状态约束，研究可调度友好风电场有功功率的协调控制方法。本项目还提出在风电功率预测功率误差分析和电池可用容量分析基础上，研究风电场运行的可调性和可调量实时估计方法。通过项目的研究提出一种可调度友好风电场有功功率控制方法。

关于风电场友好并网及有功功率控制已有的研究主要围绕三方面：①风电场风电功率预测；②风力发电机组及风电场有功功率的控制；③风电场配置储能系统的功率控制。研究表明：风电场功率的短期提前4h以内超短期预测均方根误差比日前预测误差更小，可即便如此据此安排风电穿透较高的风电系统调度计划将面临很大风险。提高风力发电机组和风电场有功功率控制水平是实现可调友好风电场的关键，可以减小系统辅助服务（储备、调节等），使风电并网的不利影响尽可能减小。电池储能系统不受地域条件限制和灵活的容量组合受到人们的青睐，结合电池控制有望提高风电场功率控制能力。因此，本项目可调度友好风电场有功功率控制研究的主要内容包括：研究风电功率实测历史数据的前处理方法，进一步提高实时超短期风电功率预报精度。融合风电功率预测、电池储能系统的荷电状态、风力发电机机组和电网频率偏差等多信息，研究可调度友好风电场有功功率控制策略和方法，并对其有效性进行仿真验证。.研究与成果主要体现在以下方面：.（1）研究基于风电场功率预测和电池电力储能的软硬件控制与管理满足风电场参与调度的功率输出的平滑和精却预报；.（2）研究全风速下的含双馈风力发电系统低阶频率响应模型，为双馈风力发电机组频率控制技术的实施提供了理论分析工具。另外在导出低阶频率响应模型的基础上提出修正双馈风电机组下垂系数的方法；.（3）提出了全风速下的双馈风力发电机组变下垂系数整定方法，并进一步提出将双馈风力发电机组纯机械减载备用容量与可用转子惯性动能总和作为机组实时可用容量来整定下垂系数，从而有效提升双馈风力发电机组频率响应能力。同时提出了考虑转子惯性动能的双馈风电场一次旋转备用容量优化方法及其频率控制策略。.（4）探索研究了可应用于电力储能的高功率密度、长循环寿命和安全可靠的超级电容器理想电极材料，研究在此材料下的电池特性。