風電并網一次調頻控制性能分析

權剛偉

寧夏京能靈武風電有限公司 寧夏 靈武 750004

伴隨風力發電與電網的相互滲透與融合，給電力系統的實際發展帶來機遇，同時也帶來了巨大挑戰，特別是在功率管控方面。風電場調頻的主要目標就是在電網頻率產生變化時，同步發電機對變化進行相應，風電場會將輸出功率進行迅速改變，并且參與到頻率的恢復中。對比同步發電機，因為風具有隨機性，風電場頻率調節難以達成，需要在電網中配置諸多旋轉備用容量，一次將功率失衡問題消除掉。

一、機組一次調頻的原理

(一)發電機組頻率的靜態特性。系統頻率的偏移額定數值滿足一定要求時，機組的會對進汽量進行自動改變，實現發電機處理的增減目標，此反應基于頻率變化二產生處理變化，這屬于機組調速系統的靜態頻率特性，也就是說調速系統頻率特性的斜率、調速系統調差系數會對發電機組負荷從零變成最大值時轉數變化和額定轉數之間的比值。并且基于斜率公式能夠獲悉，調速系統調差系數屬于是發電機頻率變化、發電機組功率變化的百分數。

(二)一次調頻動作的原理。發電機組一次調頻功能就是發電機組基于調速系統的靜態特性，隨著系統頻率的變化自動進行出力能力的增減。在一次調頻框圖中，就是電網頻率出現偏差，基于開度的有效調節，對機組出力進行有效改變，達成一次調整頻率的目標[1]。基于對機組運行穩定性、經濟性的實際考量，為了能夠規避小幅頻率波動產生的機組頻繁動作，一次調頻機組要設置對應的調頻死區，在頻率偏差死區超過調頻死區以后，其他構件才能夠動作。并且為了能夠規避短時間之內機組的大幅度調節，會對系統穩定性產生影響，更會對一次調頻符合的變化幅度產生限制影響。額定容量是360MW的發電機組，如果機組調差系數設計成為4%，一次調頻的死區就是±r/min，負荷的變化幅度限制是±6%，因為死區與負荷的變化幅度會對一次調頻的靜態特性產生限制影響。

(三)大功率缺額下機組一次調頻的動作過程。如果失去了區域電網中的大功率區外來電，不考量緊急管控的舉措，系統頻率會迅速降低，同時會在一次調頻的影響之下恢復成為準穩態頻率。

故障產生擾動的瞬間，發電機的輸出功率依據發電機和擾動點間同步轉矩系數能夠分載一些功率擾動量。機組調速器的動作致使原動機機械功率產生大幅度變化以前，因為發電機電磁功率的驟然增加，知識發電機減速。期間系統發電機遵照慣性常數對增減負荷量進行分擔增減，讓系統當中的機組可以得到系統的平均加速度。也就是說，發電機組依據完全不一樣的準則進行擾動功率配置，機組實際處理會伴隨震蕩對應時刻。系統頻率降低一次調頻死區以后，調速系統的實際作用中，機組處理逐漸開始增加，伴隨系統功率的持續跌落，頻率下降的情況逐漸被一次調頻所抑制，可是此期間頻率還會持續降低。系統對一次調頻的作用進行有效綜合，頻率歷經快速降低，同時會回升到準穩態值，并且機組處理會隨著頻率的變化增大，同時也會恢復到相對穩定的狀態。比對實際出力的曲線能夠獲悉，此機組一次調頻的性能尚未滿足預期，也就是說，一次調頻能力方面依然有提升的充足空間[2]。

二、風電并網一次調頻控制性能的評價方式

機組一次調頻的性能評價通常有兩種方式，即為PMU數據指標的評價方式、一次調頻動作電量評價。

(一)PMU數據指標

1.一次調頻死區。并網機組通常可以輸出一次調頻的動作信號，其屬于是開關量信號，上升沿對應的頻率偏差超出了死區時刻，下降沿對應的頻率偏差會落回到死區時刻。所以，遵照動作信號明確機組調頻死區的上、下限預估數值。為了盡量降低指令信號的延遲、測量精度、噪聲影響等，基于上下限估算數值進行加權平均計算。

2.滯后時間響應。在理想的狀態之下，電網頻率超過調速器所設置的一次調頻死區以后，機組出力會即時變化。實際上因為信號傳輸、機械死區等諸多因素產生的影響，機組出力變化會有一定延遲，其就是負荷滯后響應時間。因為一次調頻性能要求快速響應，機組一次調頻響應的滯后時間通常不會超出3秒鐘。

(二)動作電量。基于電網的實際運行，機組一次調頻性能的考核評價中，標準就是機組在電網頻率實際貢獻的大小，也就是對機組于電網高頻、低頻運行中的一次調頻電量貢獻，其是機組一次調頻諸多指標的整合[3]。如果電網頻率超過調頻死區，其持續時間超出一定的時間閾值，一次調頻的作用可以是一次調頻機組電網頻率超過死區時段中的發電出力、初始出力差積分電量，其占據響應時間中理論計算積分電量的占比。在頻率偏差較大的時候，一次頻率的動作量會改善動作量的頻率穩定性，其能夠對頻率的越限時間進行有效縮減，這個時候，機組一次調頻貢獻的電量會影響電網的安全性與穩定性。

結束語

綜上所述，機組一次調頻中的在線監測、性能考核與評價等可以對機組進行規范和鼓勵，一次調頻、維穩作用充分發揮出來。機組調頻輔助服務的關鍵標準，于一次調頻性能的評價很標準方面已經在探究與應用，可是精準性、全面性方面依然有很多可以優化的空間。此外，制定了調頻補償規則，消除同機組AGC共同作用產生的影響。