考慮UFLS響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)頻率特性分析

馬耀東，劉軍福，劉磐龍，雍少華，陳 金，劉財(cái)華，周 霞，劉懿詩(shī)

（1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司 中衛(wèi)供電公司，寧夏 中衛(wèi) 755000；2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京211106；3.南京郵電大學(xué) 先進(jìn)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210023；4.南京郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 人工智能學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，以風(fēng)電為代表的新能源大規(guī)模并網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)中大量傳統(tǒng)同步慣量被取消[1]～[5]。由于風(fēng)電機(jī)組出力具有波動(dòng)性等特點(diǎn)[6]，加劇了電力系統(tǒng)功率傳輸?shù)牟黄胶猓鰪?qiáng)了電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)；另外，源側(cè)、荷側(cè)有功功率輕度不平衡，也使得電力系統(tǒng)頻率支撐能力下降[7]。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)大規(guī)模有功功率缺額時(shí)，系統(tǒng)一次調(diào)頻能力已無(wú)法滿足有功功率支撐的需求[8]。風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合參與一次調(diào)頻并采用第三道防線，以防止電網(wǎng)頻率發(fā)生崩潰。UFLS作為第三道防線的典型控制策略[9]，可快速有效恢復(fù)系統(tǒng)頻率，從而避免負(fù)荷的大規(guī)模切除。

風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻策略聯(lián)合UFLS，成為當(dāng)前應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)大功率有功擾動(dòng)的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[10]提出一種轉(zhuǎn)子超速控制策略，分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)序擾動(dòng)下的有功備用調(diào)頻能力。然而，文獻(xiàn)[10]只考慮了風(fēng)速位于低風(fēng)速區(qū)間的情況。文獻(xiàn)[11]，[12]將風(fēng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域分為5個(gè)部分，并設(shè)置槳距角轉(zhuǎn)速目標(biāo)為額定轉(zhuǎn)速。文獻(xiàn)[13]指出，由于機(jī)械部件對(duì)頻率波動(dòng)突變無(wú)法及時(shí)響應(yīng)，因此大多數(shù)槳距角控制策略只適合風(fēng)速大于額定風(fēng)速的情況。此外，單獨(dú)使用槳距角控制策略，使得機(jī)組頻繁動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)械磨損[14]。因此，槳距角控制需要與虛擬慣性控制、VSG控制等頻率調(diào)節(jié)策略相結(jié)合[15]～[17]。虛擬慣性控制通過(guò)模擬同步機(jī)組的慣量支撐特性，將頻率變化率指標(biāo)引入頻率控制環(huán)節(jié)，且當(dāng)電網(wǎng)頻率跌落時(shí)，附加頻率控制將轉(zhuǎn)子動(dòng)能釋放出來(lái)調(diào)節(jié)頻率[15]。文獻(xiàn)[16]提出虛擬電容以進(jìn)行虛擬慣性控制，從而利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供更多的有功支撐?？紤]風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)能的有限性，研究人員提出了VSG控制策略，采用變流器參與頻率控制，通過(guò)模擬同步機(jī)組的轉(zhuǎn)子特性，從而實(shí)現(xiàn)虛擬慣量的支撐[17]。

電力系統(tǒng)受到大功率有功擾動(dòng)時(shí)，單一的風(fēng)電機(jī)組頻率控制無(wú)法對(duì)頻率驟降進(jìn)行有效控制。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)UFLS頻率控制策略進(jìn)行了研究[18]～[20]。文獻(xiàn)[18]基于SFR模型并利用經(jīng)驗(yàn)法驗(yàn)證考慮UFLS方案下的頻率特性分析的可行性。文獻(xiàn)[19]提出了一種考慮UFLS的多階系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，定量分析了UFLS控制策略下的頻率響應(yīng)特性?；谒岢龅亩噍啘p載方案頻率響應(yīng)模型，文獻(xiàn)[20]基于高比例新能源并網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)研究背景，提出了UFLS優(yōu)化方案，分析并對(duì)系統(tǒng)頻率特性進(jìn)行優(yōu)化控制。

上述研究只針對(duì)考慮第三道防線UFLS控制策略下的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)頻率特性進(jìn)行研究，沒(méi)有考慮當(dāng)前新能源參與調(diào)頻的頻率控制策略趨勢(shì)。本文考慮風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合傳統(tǒng)火電機(jī)組參與調(diào)頻，并將UFLS方案通過(guò)頻率響應(yīng)模型，量化分析了其頻率響應(yīng)控制特性?；贛atlab/Simulink平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)頻率特征進(jìn)行仿真，驗(yàn)證本文所提UFLS控制策略的新型電力系統(tǒng)頻率特性分析方法的有效性。

1 電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型

1.1 火電機(jī)組頻率響應(yīng)模型

本文基于SFR原理利用低階線性化模型實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)火電頻率響應(yīng)控制[21]，模型如圖1所示。

圖1 火電機(jī)組頻率響應(yīng)模型Fig.1 Frequency response model of thermal power

圖中：R為一次調(diào)頻下垂系數(shù)；ΔPR為火電機(jī)組發(fā)電功率增量；FH為原動(dòng)機(jī)高壓缸做功系數(shù)；TR為再熱時(shí)間常數(shù)；km為機(jī)械功率因數(shù)；Δf為電力系統(tǒng)頻率變化量；s為頻域算子。

本文以電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性為分析目標(biāo)，不考慮傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定指標(biāo)中的電壓、功角穩(wěn)定性。傳統(tǒng)火電機(jī)組附加頻率控制環(huán)節(jié)包括同步渦輪機(jī)、調(diào)速器控制模塊及機(jī)械功率增益系數(shù)。

1.2 風(fēng)電機(jī)組頻率響應(yīng)模型

當(dāng)前，風(fēng)電參與調(diào)頻的主要方式為有功功率備用控制和轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制。其中，風(fēng)電機(jī)組有功功率備用控制包括超速控制和槳距角控制[10]～[12]，轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制包括慣性控制[15]和VSG控制[16]。

本文以雙饋風(fēng)電機(jī)組為例，考慮槳距角控制與轉(zhuǎn)子慣性控制參與風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻。風(fēng)電機(jī)組虛擬慣性響應(yīng)速度較快且持續(xù)時(shí)間較短，輸出的虛擬慣量取決于風(fēng)機(jī)自身慣量、并網(wǎng)同步角速度及慣性響應(yīng)調(diào)頻前后的角速度變化。假設(shè)頻率變化處于死區(qū)外且有功變化量處于限幅范圍內(nèi)，當(dāng)風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)最大功率跟蹤控制，忽略非線性因素，風(fēng)機(jī)慣性響應(yīng)調(diào)頻有功變化的線性化特點(diǎn)與同步發(fā)電機(jī)組的慣性控制類似。因此，采用同步發(fā)電機(jī)組慣性響應(yīng)的低階模型代替風(fēng)電機(jī)組的慣性響應(yīng)控制[22]。慣性控制調(diào)頻執(zhí)行結(jié)束后到達(dá)高風(fēng)速區(qū)間，槳距角控制調(diào)制功率提供風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻。首先，槳距角控制模塊接收慣性響應(yīng)后的轉(zhuǎn)子角速度，并設(shè)定為控制模塊的角速度參考值。槳距角控制單元負(fù)反饋輸入的槳距角與經(jīng)過(guò)PI控制及槳距角調(diào)節(jié)器輸出實(shí)時(shí)風(fēng)速下的槳距角。風(fēng)速、槳距角、調(diào)速控制后的角速度作為輸入量參與雙饋風(fēng)機(jī)的功率控制模型，輸出該運(yùn)行工況下的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。由于槳距角受機(jī)械特性影響，該調(diào)頻控制模塊響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，因此采用常規(guī)電源一次調(diào)頻響應(yīng)模型代替[23]。

綜合二者調(diào)頻控制工況條件及運(yùn)行方式可知，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速處于中風(fēng)速區(qū)間及額定風(fēng)速區(qū)間時(shí)，風(fēng)電機(jī)組針對(duì)風(fēng)速改變轉(zhuǎn)子角速度，實(shí)現(xiàn)虛擬慣性控制響應(yīng)；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速處于高風(fēng)速區(qū)間時(shí)，槳距角上升，通過(guò)控制槳距角大小以獲得機(jī)械功率并參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。圖2為風(fēng)電機(jī)組頻率響應(yīng)模型。

圖2 風(fēng)電頻率響應(yīng)模型Fig.2 Frequency response model of wind farm

圖中：Tω為轉(zhuǎn)子慣性響應(yīng)時(shí)間常數(shù)；kdf為慣性響應(yīng)系數(shù)；ΔPWω為轉(zhuǎn)子慣性控制的功率變化量；Tβ為變槳距響應(yīng)時(shí)間常數(shù)；kpf為一次調(diào)頻系數(shù)；ΔPWβ為變槳距控制提供的功率變化量；ΔPWind為風(fēng)電發(fā)電功率增量。

1.3 UFLS控制頻率響應(yīng)模型

當(dāng)電力系統(tǒng)受到大功率擾動(dòng)時(shí)，為保證電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在一定安全范圍內(nèi)，第三道防線進(jìn)行工作。UFLS作為典型控制方案，對(duì)于電力系統(tǒng)大功率擾動(dòng)后頻率穩(wěn)定調(diào)制起到重要作用。電力系統(tǒng)UFLS控制流程如圖3所示。圖中：ΔPn為UFLS第n輪的頻率整定值；Δtn為UFLS第n輪的延時(shí)；ΔPLn為UFLS第n輪的切負(fù)荷量；ΔPUFLS為UFLS控制單元調(diào)頻有功功率變化量。

圖3 UFLS控制流程Fig.3 The control process of UFLS

1.4 改進(jìn)的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型

電力系統(tǒng)受大功率擾動(dòng)后，多資源參與調(diào)頻下的電力系統(tǒng)調(diào)頻單元提供一定的有功功率支撐。由于考慮UFLS參與頻率控制策略，切除部分負(fù)荷以減小源荷兩端的有功功率不平衡量。通過(guò)多調(diào)頻資源的聯(lián)合調(diào)頻及UFLS控制策略實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)大功率有功失衡下的頻率穩(wěn)定調(diào)制。參考文獻(xiàn)[22]提出的頻率控制策略，通過(guò)引入調(diào)頻系數(shù)實(shí)現(xiàn)各附加頻率控制模塊的定量有功支撐控制。圖4為本文改進(jìn)的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，考慮火電、風(fēng)電聯(lián)合調(diào)頻，并引入U(xiǎn)FLS控制模塊。

圖4 電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型Fig.4 Power system frequency response model

為更精確反映電力系統(tǒng)的頻率調(diào)制動(dòng)態(tài)過(guò)程，加入了限幅模塊及死區(qū)控制模塊。圖中：ρR，ρWind，ρUFLS分別為傳統(tǒng)火電調(diào)頻系數(shù)、風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻系數(shù)和UFLS調(diào)頻單元調(diào)頻系數(shù)；分別為經(jīng)調(diào)頻分配后的傳統(tǒng)火電、風(fēng)電機(jī)組、UFLS調(diào)頻單元有功支撐量；ΔPL為電力系統(tǒng)有功擾動(dòng)大小；ΔP為電力系統(tǒng)有功功率變化量；H為電力系統(tǒng)等效慣性時(shí)間常數(shù)；D為電力系統(tǒng)等效阻尼常數(shù)。

2 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)整定

本文分別對(duì)火電機(jī)組調(diào)頻單元、風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻單元及考慮UFLS控制策略下多資源參與調(diào)頻的電力系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定，量化分析電力系統(tǒng)各調(diào)頻單元的頻率響應(yīng)流程，表征電力系統(tǒng)的頻率控制邏輯結(jié)構(gòu)。

2.1 火電機(jī)組調(diào)頻單元參數(shù)整定

作為傳統(tǒng)同步慣量的主要來(lái)源形式，火電機(jī)組頻率控制模塊保留了主要慣量支撐模塊，并利用增益系數(shù)進(jìn)行頻率響應(yīng)修正。參考圖1所建立的火電機(jī)組頻率響應(yīng)模型，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型傳遞函數(shù)定義，系統(tǒng)頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為有功變化量與頻率變化量的比值?；痣姍C(jī)組頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為

2.2 風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻單元參數(shù)整定

由圖2可知，在風(fēng)電機(jī)組頻率調(diào)制過(guò)程中，風(fēng)電機(jī)組功率變化ΔPWind由轉(zhuǎn)子慣性控制的有功變化量ΔPWω和風(fēng)機(jī)變槳距控制有功變化量ΔPWβ兩部分組成，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻功能。鑒于風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)頻率響應(yīng)速度較快，結(jié)合其頻率相應(yīng)控制特性，本文采用傳統(tǒng)電源的頻率響應(yīng)控制代替風(fēng)電機(jī)組的慣性響應(yīng)控制。慣性響應(yīng)控制模塊的有功支撐變化量為ΔPWω（s）=-[kdfs/（1+Tωs）]·Δf（s），則風(fēng)電機(jī)組慣性響應(yīng)控制模塊的頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為

考慮到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械特性，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)法對(duì)源荷兩端有功擾動(dòng)及時(shí)響應(yīng)，采用傳統(tǒng)同步機(jī)組一次調(diào)頻控制方式模擬替代風(fēng)機(jī)一次響應(yīng)能力。以風(fēng)機(jī)變槳距頻率控制為例，其控制模塊有功功率支撐變化量為ΔPWβ（s）=-[kpf/（1+Tβs）]·Δf（s），則變槳距控制模塊頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為

由于考慮風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻控制策略為慣性控制和變槳距控制，風(fēng)機(jī)有功支撐變化量為慣性控制頻率變化與變槳距控制頻率變化之和，即：

結(jié)合式（2）～（4）可得：

風(fēng)電機(jī)組頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為

2.3 UFLS頻率控制單元參數(shù)整定

在線性化電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型中，UFLS以延時(shí)策略等效實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制作用。參考文獻(xiàn)[19]，在系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型中加入延時(shí)環(huán)節(jié)，即UFLS頻率控制單元有功功率變化量ΔPUFLS（s）=e-τs·Δf（s）。

UFLS頻率控制單元頻率響應(yīng)傳遞函數(shù)為

式中：τ為延時(shí)時(shí)間常數(shù)。

2.4 考慮UFLS頻率控制策略的電力系統(tǒng)參數(shù)整定

本文基于電力系統(tǒng)傳統(tǒng)火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻，并考慮UFLS頻率控制策略，量化分析電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性。由圖4可得電力系統(tǒng)頻率變化量為

為了精準(zhǔn)分配各調(diào)頻模塊的有功調(diào)制大小，引入調(diào)頻系數(shù)對(duì)調(diào)頻單元的有功調(diào)制大小進(jìn)行量化控制。當(dāng)發(fā)生有功功率擾動(dòng)（ΔPL＜0）ΔPL（s）時(shí)，定義電力系統(tǒng)頻率特性傳遞函數(shù)為頻率變化量與有功擾動(dòng)大小的比值，則電力系統(tǒng)頻率特性傳遞函數(shù)為

其中，調(diào)頻系數(shù)滿足ρR+ρWind+ρUFLS=1。根據(jù)式（9）可得電力系統(tǒng)頻率變化量為

調(diào)頻資源整體頻率響應(yīng)能力由火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和UFLS頻率控制單元組成。調(diào)頻有功功率變化量為

基于式（12）并利用拉普拉斯逆變換原理，計(jì)算得到電力系統(tǒng)頻率變化時(shí)域表達(dá)式為

通過(guò)式（13）可計(jì)算具體某時(shí)間區(qū)間下的電力系統(tǒng)頻率變化特性，驗(yàn)證系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)頻的效果，并分析UFLS控制策略的有效性。

根據(jù)終值定理可得火電、風(fēng)電、UFLS控制聯(lián)合調(diào)頻下的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差為

由式（15）可知，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差與UFLS延時(shí)調(diào)頻控制參數(shù)無(wú)關(guān)，即UFLS頻率控制延時(shí)時(shí)間常數(shù)的變化不會(huì)影響電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差。

3 算例仿真

本章基于Matlab/Simulink模擬某區(qū)域電網(wǎng)采用火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻，并在大功率擾動(dòng)下實(shí)施第三道防線的單輪UFLS控制策略，電力系統(tǒng)仿真拓?fù)涫疽鈭D如圖5所示。本文分析不同工況下電力系統(tǒng)的頻率特性變化，負(fù)荷為1 000 MW，風(fēng)電額定功率為200 MW，負(fù)荷大功率有功擾動(dòng)為60 MW（0.06 p.u）。

圖5 電力系統(tǒng)仿真拓?fù)涫疽鈭DFig.5 Power system simulation topology schematic

3.1 UFLS策略對(duì)電力系統(tǒng)頻率特性的影響

為驗(yàn)證UFLS頻率控制聯(lián)合多機(jī)組調(diào)頻控制策略的可行性，本節(jié)對(duì)3種情況下頻率特性進(jìn)行定量分析，考察不同調(diào)頻方式下電力系統(tǒng)的頻率偏差情況。

設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速恒定且為額定風(fēng)速，各機(jī)組參數(shù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值Table 1 System parameter setting value

分別對(duì)火電單獨(dú)調(diào)頻、風(fēng)電參與調(diào)頻及考慮UFLS 3種調(diào)頻方式進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同調(diào)頻方式下的電力系統(tǒng)頻率曲線Fig.6 Power system frequency curve with different frequency regulation methods

表2 為3種調(diào)頻方式下的電力系統(tǒng)頻率特征仿真結(jié)果。

表2 電力系統(tǒng)頻率特征仿真值Table 2 Simulated values of power system frequency characteristics

根據(jù)圖6及表2可知：風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻控制策略的加入使得電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性提升；基于火電、風(fēng)電聯(lián)合調(diào)頻的控制策略，當(dāng)實(shí)施UFLS頻率控制策略時(shí)，頻率穩(wěn)定性得到提升；相較于火電、風(fēng)電聯(lián)合調(diào)頻，考慮UFLS策略的調(diào)頻控制方式下電力系統(tǒng)最大頻率偏差絕對(duì)值減小0.010 9 Hz，穩(wěn)態(tài)頻率偏差絕對(duì)值減小0.004 3 Hz。因此，基于風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻的控制策略聯(lián)合UFLS控制策略具有可行性。

3.2 考慮UFLS響應(yīng)下風(fēng)電機(jī)組有功調(diào)制分析

當(dāng)電力系統(tǒng)受到一定有功擾動(dòng)時(shí)，UFLS調(diào)頻控制策略可為其提供一定的有功功率。為更加直觀地分析風(fēng)電機(jī)組增加的有功功率及UFLS提供的有功功率支撐特性，本文對(duì)風(fēng)電機(jī)組及UFLS調(diào)頻控制單元的有功調(diào)制進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同調(diào)頻方式下的電力系統(tǒng)頻率曲線Fig.7 Power system frequency curve with different frequency regulation methods

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)有功擾動(dòng)時(shí)，作為調(diào)頻資源的風(fēng)電機(jī)組及時(shí)參與調(diào)頻作用。由圖7（a）可知，風(fēng)電機(jī)組慣性響應(yīng)控制首先動(dòng)作，并增加有功功率，在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)電機(jī)組提供的有功功率基本為慣性響應(yīng)調(diào)頻功率。由于槳距角的機(jī)械特性導(dǎo)致頻率響應(yīng)較慢，因此，當(dāng)慣性響應(yīng)控制基本結(jié)束時(shí)，槳距角有功調(diào)制為主要調(diào)頻部分。此時(shí)，風(fēng)電機(jī)組提供的有功功率基本為槳距角響應(yīng)調(diào)頻功率。由圖7（b）可知，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)60 MW的有功功率擾動(dòng)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組提供32.21 MW的有功支撐，UFLS提供2.36 MW的有功支撐。因此，UFLS可作為可再生能源高滲透電力系統(tǒng)的輔助調(diào)頻方式。

3.3 UFLS延時(shí)時(shí)間常數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響

本節(jié)討論在各調(diào)頻控制模塊調(diào)頻系數(shù)確定時(shí)，UFLS控制模塊延時(shí)時(shí)間參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響。傳統(tǒng)火電、風(fēng)電、UFLS控制參數(shù)參考表1，設(shè)置UFLS延時(shí)時(shí)間常數(shù)分別為1，2，3 s，考察不同UFLS延時(shí)系數(shù)下，電力系統(tǒng)最大頻率偏差及穩(wěn)態(tài)頻率偏差等相關(guān)頻率穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，如圖8所示。

圖8 不同延時(shí)系數(shù)下的電力系統(tǒng)頻率曲線Fig.8 Power system frequency curves with different delay factors

表3為電力系統(tǒng)頻率特征指標(biāo)仿真結(jié)果。

表3 電力系統(tǒng)頻率特征仿真值Table 3 Simulated values of power system frequency characteristics

由圖8及表3可知，隨著延時(shí)時(shí)間常數(shù)的增加，最大頻率偏差由-0.345 3 Hz轉(zhuǎn)變?yōu)?0.353 4 Hz，頻率動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性降低。然而，隨著UFLS延時(shí)系數(shù)的增加，穩(wěn)態(tài)頻率偏差不發(fā)生變化，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的頻率穩(wěn)定性與UFLS延時(shí)系數(shù)無(wú)關(guān)，與式（15）結(jié)論一致。

4 結(jié)論

針對(duì)新型電力系統(tǒng)受到大功率擾動(dòng)下的頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，本文提出了一種考慮UFLS頻率響應(yīng)特性的改進(jìn)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型。通過(guò)仿真驗(yàn)證了UFLS策略聯(lián)合多資源調(diào)頻策略下，系統(tǒng)頻率特性分析的可行性，結(jié)果表明：①改進(jìn)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型在經(jīng)典頻率響應(yīng)模型基礎(chǔ)上，增加了風(fēng)電機(jī)組附加頻率控制單元及UFLS控制模塊，有效反映了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)下各調(diào)頻單元的頻率響應(yīng)特性，及UFLS頻率控制單元的響應(yīng)特性；②大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)在受到大功率有功擾動(dòng)下，考慮風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻且聯(lián)合UFLS頻率控制策略下的電力系統(tǒng)頻率調(diào)制策略，比傳統(tǒng)單一火電調(diào)頻控制模式可提升電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，因此計(jì)及UFLS的新型電力系統(tǒng)多資源調(diào)頻控制策略是可行的；③本文所用UFLS控制策略，其頻率響應(yīng)特性本質(zhì)為對(duì)新型電力系統(tǒng)調(diào)頻控制效果提供延時(shí)控制，且電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差與UFLS頻率控制延時(shí)控制時(shí)間常數(shù)無(wú)關(guān)。