基于电压稳定裕度本地评估技术的风电功率控制方法

With the rapid development of wind industry in China, the integration of large-scale of wind generation has challenged the voltage stability of power systems. It requires wind farms to participate within the system voltage control in order to prevent the disaster of voltage collapsing. However, the existing control schemes only concentrate within the scope of an individual wind farm, or depend on operation conditions of power systems, which is not practical in China. Under this background, this proposal suggests to develop a wind power control scheme based on the local assessment of voltage stability margin in order to satisfy the independency between generation and grid companies. This control scheme evaluates the voltage stability margin based on the local measurement, and then takes the evaluation result as the feedback of a closed-loop power controller. Thus, the controller targets on improving the system voltage stability as well as reducing the energy spillage of wind farms. In theory, the proposed research expects to expand the local assessment method in the generation control of power systems; and the suggested control scheme is also practicable in China since the independency between generation and grid companies is satisfied.

随着我国风电装机容量的不断增长，大规模风电并网给电力系统的电压稳定控制造成了一定的压力，这需要风电场主动参与到电力系统的电压稳定控制之中，以避免电压崩溃事故的发生。然而现有的控制方法，或是仅能以风电场为中心实施控制；或是依赖于所接入电力系统的实时运行状态方能实施控制，可行性较低。为此，本课题提出需要基于电压稳定裕度的本地评估技术，研究一套适合于我国厂网分离实际国情的风电功率控制方法。该控制方法能够基于风电场或风电场群本地测量所获得的电气信息，评估所接入电力系统的电压稳定裕度，并以此为反馈设计相应的闭环功率控制策略，使风电场或风电场群在最大限度避免风能损失的同时，提升所接入电力系统的电压稳定性。课题的研究成果既实现了电压稳定裕度的本地评估方法在电力系统发电控制中的应用，具有较高的理论研究价值；还能够在厂网分离条件下，同时满足发电公司与电网公司的控制要求，具有一定的工程实用性。

随着我国风电装机容量的不断增长，大规模风电并网给电力系统的稳定控制造成了一定的压力，这需要风电场主动参与到电力系统的电压/频率/振荡的稳定控制之中，以避免电力系统的失稳事故的发生。然而现有的控制方法，或是仅能以风电场为中心实施控制；或是依赖于所接入电力系统的实时运行状态方能实施控制，可行性较低。. 基于上述背景为此，本项目具体研究了一种基于本地裕度稳定裕度的本地评估技术，研究一整套基于裕度评估基准的风电有功/无功功率控制方法。该控制方法能够基于风电场或风电场群本地测量所获得的电气信息，评估所接入电力系统的稳定裕度，并以此为反馈设计相应的闭环功率控制策略，使风电场或风电场群在最大限度避免风能损失的同时，提升所接入电力系统的电压稳定性。. 按照计划任务书要求，项目共设立四项研究内容：.1).满足控制系统闭环需求的外部电力系统等效参数辨识技术研究.完成了阻抗特性与频率频率特性的辨识，开展了电力系统市场情况的辨识工作。考虑电力网络中的随机功率注入，以分布式接入的配电网系统为主要研究对象，提出了电力网络中电压幅值状态估计误差的电路图模型。.2).风电场及风电场群的电压稳定裕度本地评估技术研究.开展了风电场的电压稳定裕度本地评估研究，并拓展了该方法，发展了针对含风电的孤立电力系统与含风电的并网型工业电力系统的电压与频率稳定裕度评估方法。.3).以电压稳定裕度指标为反馈的风电场/风电场群功率闭环优化控制技术研究.完成计划任务书要求的根据电压稳定裕度实现闭环优化控制外，同时还发展了该研究方法，实现了基于裕度和预测指标的模型预测方法，实现了针对频率风险的闭环优化控制和针对电力系统市场风险的闭环优化控制。.4).风电机组控制方法动态模拟实验室验证.在实验室成功开发了基于功率硬件在环的双馈风电机组动态模拟仿真平台，不仅完成了风电的电压辅助控制策略的模拟仿真，同时完成了有功频率控制策略、振荡控制策略和不对称运行控制策略的模拟仿真。.5）工程示范应用.实现了电压稳定的有功/无功辅助控制器，运用于河北涞源的炼钢负荷微网消纳风能的实际项目之中，应用成果获得了丹麦使馆能源参赞的高度评价。基于WAMS系统，利用显式MPC技术实现了模型预测控制器的实用化，实现了频率稳定的有功辅助控制器，运用于内蒙古通辽电解铝负荷孤网消纳风电的项目中，创造了较好的经济效益。