文 献 综 述
风电机组一次调频控制策略综述
1.引言
1.1课题背景
近年来，随着世界经济的发展，能源安全、气候变化、大气污染等问题日益恶化。为了克服这些问题，许多国家地区正在不断改变其能源结构与规模，其中以风电为主导的可再生能源（Renewable Energy Sources, RES）在电网中取得了大规模开发和利用。在过去几十年里，许多大型风力发电场已经建成。随着风力发电的规模化开发利用，风电作为未来电网中的重要电源，越来越被认为应该具备类似于传统电源的有功功率控制和频率调节等服务辅助功能。
1.2风电接入电网后电网频率方面出现的问题
- 风电功率波动和风电断网造成频率的更大波动
首先，受气候条件的制约，风力发电输出功率具有间歇性和随机性的特点，电网频率变化增大。然后，当电网风电渗透率较高时，大规模的风电场断网将会导致电网频率的进一步振荡[1]。
- 风机无法提供类似同步发电机的惯性支撑
随着风电的大规模并网，意味着未来电力系统中原有的部分常规发电机组退出运行，而现有风电机组主流机型为变速恒频的双馈型风机和直驱型风机，它们都是通过电力电子器件与电网连接，其基本原理是通过电力变换技术调节风电机组的输出与电网同步，为追求风能的最大化利用，风电机组通常在最大功率点(Maximum Power Point Tracking, MPPT)运行，不提供有功备用，因而无法在系统频率下降时提供类似传统机组的调频等辅助服务。因此，风电机组无法主动响应系统频率的变化，而这对于传统发电机组来说是维持系统频率稳定性非常重要的功能[2]。
- 风电渗透率的增加与电网备用容量的减少存在矛盾
电力系统稳定运行的前提是发电与用电的实时平衡，否则会引起系统电能质量下降，甚至会发生不稳定。为此，电力系统中往往需要配置一定的备用容量，以消除瞬时的功率不平衡。而风电的随机性波动将会加剧系统中的这种功率不平衡现象[2]。
1.3风电接入电网频率调节的相关方法
为了解决大规模风电接入电网后对电网频率的影响问题，使电网可靠、安全、经济的运行，许多学者进行了相关的研究。在运用变速风机的情况下，许多文献提出了不同的方法，本文根据是否使用额外设备大致可以分为两类。
第一类是通过使用电池、超级电容或飞轮等储能装置[3-7]来调节风机引入的电网频率问题，即风机作为干扰源，电网被动调节功率输出实现频率的调节。虽然这类解决方案已被证明是技术上最有效的，但与安装和维护相关的成本对于实现其调频功能可能没有很大的吸引力[8, 9]。
第二类是风电机组可以通过快速灵活的有功功率[10]控制提供辅助频率调节的能力，即风机作为调频设备主动参与电网频率的调节。在大量具有调频能力的风机并网后，其提供的各种辅助调频功能将对电网频率起到很好的稳定作用。随着电力市场的巨大需求，风电企业也开始进一步完善变速风机的辅助频率控制。此外，尤其是风力发电需要在低负荷和高风速运行或其他操作的限制,大量的未开发风电可以作为热备用支撑频率事件带来的严重干扰[11]。因此，可以将调频控制方法应用到变速风机中，实现双赢，为风电业主、风电机组制造商和电网运营商带来相关利益[12-16]。
在第二种分类中，类比传统同步发电机的调频方式，根据电网调频的时间尺度将风机参与的调频方式分为一次调频、二次调频和三次调频。本课题的关注点主要为变速风力发电机(Variable Speed Wind Generator, VWST)的一次调频，下面是对一次调频控制方法进行了总结。
2.风机参与电网一次调频的控制方法
本文以一种广泛研究的双馈式风力发电机(Doubly fed Induction Generator, DFIG)为风机模型，根据一个简单的频率跌落事件对风机参与调频控制的方法进行系统总结。当开始频率跌落5-10s时间内，风机进行惯性控制调频；当频率跌落达到预定死区时，风机进行频率响应控制调节。控制方法时间尺度示意图如图2.1所示[16]。其为初始频率，为触发死区频率，为频率最低点。本文只从时间尺度以及触发死区上对不同调频方法进行分类，不同控制策略之间的协调配合需要视具体情况而定。
