基于DDRTS的風電并網電力系統頻率穩定仿真

胡科華,宋沅澤,崔景順

(國網四川省電力公司遂寧供電公司,四川 遂寧 629000)

基于DDRTS的風電并網電力系統頻率穩定仿真

胡科華,宋沅澤,崔景順

(國網四川省電力公司遂寧供電公司,四川 遂寧 629000)

含風電場的電力系統，由于風功率波動較大，對電網的頻率影響較大。本文基于Digital Dynamic Real-Time Simulator(DDRTS)軟件，搭建了可以把風電場的實際出力引進電網的功能模塊(波形回放模塊)，最后在DDRTS軟件中根據實際的張北電網搭建了一個仿真模型，通過波形回放編寫的模塊，把實際電網在某一時間段的有功出力送入仿真電網模型中.最后可以得出：在張北電網中，當風電波動在100MW左右時，出現頻率偏差極限。當風電波動大于100MW時，頻率偏差越限。當風電波動小于100MW時，頻率偏差不越限。

電力系統；DDRTS；風電場；頻率穩定性

1 引言

二十一世紀，常規的能源以煤炭、石油為代表，環境問題以及能源短缺雙重危機日益加深，新能源登上了歷史舞臺。風力發電作為本世紀重要的綠色能源代表，被越來越多的國家重視并利用[1]。

目前國內外對風電系統的研究大都集中在電壓、電能質量等方面，其中包括風電機組和風電場的建模、風機的控制策略及并網運行特性等。而對含風電場的電力系統頻率穩定性方面作的研究還不夠深入，雖然對風機本身的頻率響應特性作了研究，但從頻率穩定的角度分析風電與電網之間的相互影響研究較少，并且很少把負荷頻率特性對系統頻率穩定性的影響考慮在內。隨著電網接納風電裝機比重的逐年增加，風電機組隨功率變化及頻繁投停造成的功率波動必將給電網頻率帶來波動[2-3]。

本文將根據實測風電功率數據結合實際電網，通過DDRTS軟件對風電進行建模，分析風電功率波動對電網頻率的影響。

2 基于DDRTS的風電場的等值模塊

隨著風電在電網中的比例逐漸增高，確保并網后對電力系統穩定性的影響成為風電研究中重要課題，而建立合理、有效的風機模型是其中的重點。

本論文用了DDRTS的實時回放測試模塊里的“波形回放”功能，通過輸入實時數據可以反映風電場的工作情況，進而對其進行建模仿真。本文用到的一個重要模塊為變功率負荷，如圖1所示；對變功率負荷進行設置，如圖2所示。

圖1 變功率負荷

圖2 變功率負荷內部元件

圖2內有一User Func模塊，雙擊此模塊，對其進行編程，圖3是編程模塊。

圖3 User Func模塊內部程序

可以看出在d盤 feng的數據被輸入進來，就給電網加了風電出力，對電網造成了擾動。根據feng里的數據，觀察風電場波動量在不同情況下對電網頻率帶來的影響是本文要研究及仿真的重點。通過DDRTS的“波形回放”功能，觀察不同波動下對電網的頻率的影響。

3 電力系統頻率穩定分析原理

頻率,作為衡量電能質量的最重要的指標之一，它直接反映了發電有功功率和負荷的平衡關系，它是影響電力系統穩定運行的重要因數，所以也是電力系統控制的重要參數。電力系統頻率控制的基本目標是始終保證頻率在允許的很小范圍內波動，也是電力系統自動化的最重要的任務。電力系統實際運行中，頻率的變化對電力用戶、發電機組及電力系統本身都極為危害[4]。

頻率偏離額定值會影響用電設備的正常工作。系統頻率只有在系統有功出力和有功負荷平衡的情況下，才能保持不變。為了減小頻率變化造成的影響，當系統負荷變化時，必須對系統頻率進行調整和控制，自動調節發電機的有功出力[5]。我國電力工業技術法規中明確規定：系統的頻率偏差應保持在±0.2Hz 范圍內；而且在自動調頻裝置投入運行后，系統的頻率偏差不得超過 0.05～0.15Hz。并為了防止頻率崩潰，系統中必須設置低頻減載裝置。

圖4是電力系統的頻率靜態特性曲線。

圖4 電力系統功率-頻率靜態特性曲線

4 基于張北電網的頻率穩定仿真與分析

張家口地區電網地處京津唐電網西北部，擔負著“西電東送”的重要任務，是京津唐電網的一個重要組成部分。本文以張北電網進行實例仿真與分析。張北電網如圖5所示。

在波形回放模塊里，輸入不同的風電出力，對其進行仿真。

當給定風電出力為150/1.5=100MW時，此時，出現頻率極限，如圖6所示。給定風電出力大于100MW時，波動較大，電網頻率越限，如圖7所示。當給定風電出力小于100MW時，波動較小，頻率不越限，如圖8所示(都是與電網穩定時相對比)。

圖5 張北電網

圖6 風電并網容量適中時系統頻率變化曲線

圖7 風電并網容量大時系統頻率變化曲線

圖8 風電并網容量小時系統頻率變化曲線

由上面幾幅圖可以看出來：當風電波動在100MW左右時，出現頻率極限。當風電波動大于100MW時，頻率越限。當風電波動小于100MW時，頻率不越限。系統頻率為50Hz，頻率偏差為0.2時為正常情況，大于這個數，就屬于頻率越限，電網就會不穩定。在這個范圍內電網就是穩定的。風電并網肯定會對電網帶來一定的沖擊，只要頻率變化在范圍內，我們就認為這電網還是穩定的。改善辦法是加一個儲能裝置，進行“消峰填谷”，使其達到穩定狀態。

5 結論

本論文首先介紹了研究風電的重要意義和必要性，以及風電在國內外應用的風電現狀。簡單介紹了頻率穩定性的重要性，在DDRTS平臺上搭建電網，加進了風電，進行仿真和分析，從而進行觀察擾動對電網頻率的影響。

由仿真結果可看出,當風電加進電網功率在100MW時，出現頻率極限。當加進風電功率大于100MW時，出現頻率越限，頻率偏差大于0.2Hz。當加進風電功率小于100MW時，頻率不越限，頻率偏差在允許范圍內。如果要進行風電場的經濟運行仿真,則需考慮更多的因素,更精確地進行風電場的建模。

[1] 陸春.新能源風光發電功率預測模型的研究[D].華北電力大學，2013.

[2] 田俊梅，梁生金，薛太林.小型風力發電機組的風能利用率研究[J].電力學報，2010(4).

[3] 韓禎祥.電力系統穩定[M].北京:中國電力出版社,1995:65-98.

[4] 張俊.含風電場的電力系統頻率穩定分析研究[D].烏魯木齊:新疆大學,2011:23-28.

[5] 蔡邠.電力系統頻率[M].北京:中國電力出版社,1998:34-77.

[6] 馮慶東.電力系統頻率穩定性分析與控制[D].吉林:東北電力學院,1996.

[7] 張鋒,晁勤,劉洪.不同控制策略下風電場接入地區電網的穩態分析[J].電網技術,2008,32(19):89-92.

Simulation of the Frequency Stability of the Power System Combined with Wind Power Electricity Grid Based DDRTS

HUKe-hua,SONGYuan-ze,CUIJing-shun

(Suining Power Supply Company,Sichuan Electric Power Company,Suining 629000,China)

Power system including wind farms,due to the power fluctuation on power system frequency influence,In this paper,based on the digital dynamic real-time simulator(DDRTS)software,set up thepractical output wind electric field can introduce network funtion module(waveform playback module).Finally,in the DDRTS software according to the catual power grid in Zhangbei set up a simulation model.Through the waveform playback prepared the module,the catual power grids in a certain period of time the cative power output into the simulation model of grid in.we can draw:In Zhangbei power grid,when wind power fluctuation in about 100MW,the frequency of occurrence of deviation limit.When wind power fluctuation is greater than 100MW,frequency deviation limit.When wind power fluctuation is less than 100MW,frequency deviation not more limit.

power system；DDRTS；flow calculation；frequency stability

1004-289X(2016)03-0030-03

TM71

B

2015-09-15