- 頭條沈陽工大學者提出基于虛擬同步機技術的風儲系統(tǒng)協(xié)調調頻控制策略2022-11-23 作者：張冠鋒、楊俊友 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了充分發(fā)掘風電機組調頻能力，考慮傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)直接補償風電場二次頻率跌落調頻控制策略存在儲能系統(tǒng)容量需求高、經濟性差的缺點，沈陽工業(yè)大學電氣工程學院、遼寧東科電力有限公司的研究人員張冠鋒、楊俊友、王海鑫、謝賜戩、付堯，在2022年《電工技術學報》增刊1上撰文，提出一種基于虛擬同步機（VSG）技術的風儲系統(tǒng)協(xié)調調頻控制策略。
風電、光伏等分布電源通過電力電子設備并網，但此類電源不具備傳統(tǒng)電源的慣性響應特性，無法主動響應電網頻率變化。同時，風電機組出力存在波動性，當電網有功出力和負荷動態(tài)失衡時，將造成系統(tǒng)頻率偏差，從而觸發(fā)風電大規(guī)模脫網，嚴重危及電網穩(wěn)定運行。因此，需降低風電接入對電網頻率及電能質量的影響。電網標準中明確提出風電機組應具備一次調頻能力。
虛擬同步機（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術可協(xié)調風-儲系統(tǒng)與電網間的能量交換，使風電場具備一次調頻能力。而集中式VSG技術只需將儲能與風電場對外等效成VSG，對已配備儲能系統(tǒng)風電場改造即可實現。采用VSG技術可使風電場參與電網調頻過程，而預留備用容量參與二次調頻將降低風電場的風能利用率。因此，如何實現儲能VSG與風電場虛擬慣量協(xié)同控制，使得配置有儲能的風電場可同時實現電網一次、二次調頻成為研究重點。
VSG技術可使得配置有儲能的風電場側并網逆變器模擬同步發(fā)電機（Synchronous Generator, SG）具有有功-調頻、無功-電壓特性調節(jié)。目前，對于VSG技術研究多集中在本體模型和控制策略，而VSG技術應用場景主要是微電網。
但是相關研究中未涉及VSG在配置有儲能-風電場調頻的相關技術研究，其應用場景主要為微電網，在風電場示范應用較少。而已有的集中式VSG研究主要是依賴儲能VSG風儲系統(tǒng)，通過儲能系統(tǒng)控制使風機與儲能并聯接口模擬發(fā)電機外特性。但此方案下并網接口VSG特性主要由儲能設備實現，風機虛擬轉動慣量未被利用。
為了充分發(fā)掘風電機組調頻能力，考慮傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)直接補償風電場二次頻率跌落調頻控制策略存在儲能系統(tǒng)容量需求高、經濟性差的缺點，沈陽工業(yè)大學電氣工程學院、遼寧東科電力有限公司的研究人員張冠鋒、楊俊友、王海鑫、謝賜戩、付堯，在2022年《電工技術學報》增刊1上撰文，提出一種基于虛擬同步機（VSG）技術的風儲系統(tǒng)協(xié)調調頻控制策略。
圖1 風儲聯合系統(tǒng)仿真系統(tǒng)
研究人員首先在風儲VSG系統(tǒng)結構基礎上建立風儲VSG數學模型，并分析風儲VSG調頻特性；其次，依據儲能系統(tǒng)數學模型研究儲能系統(tǒng)VSG調頻控制方法；然后，綜合考慮風電場與儲能系統(tǒng)出力特點，提出基于風電慣量釋放和儲能穩(wěn)態(tài)支撐的風儲協(xié)調控制策略，通過風電場與儲能系統(tǒng)并行出力的方式，在降低儲能系統(tǒng)容量需求的同時充分發(fā)揮風電機組短時功率支撐的作用。
通過仿真分析可知，采用該控制策略可在穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的基礎上大幅降低儲能系統(tǒng)容量配置，提高風電場調頻經濟性。
研究人員指出：
1）在額定風速及以下，隨風速增大儲能系統(tǒng)容量配置增加。在風速為11.5m/s時，與單獨儲能調頻和直接補償二次頻率跌落調頻方法相比，采用本文所提調頻方法可分別降低儲能配置容量4.3%和0.9%。
2）與不調頻情況相比，采用本調頻方法可將系統(tǒng)最低頻率提高0.25%，為49.85Hz，略大于其他調頻方法，穩(wěn)態(tài)頻率提升了0.04%。風儲系統(tǒng)采用本文所提調頻策略可有效穩(wěn)定系統(tǒng)頻率波動。
3）在風速11.5m/s情況下，與直接補償二次頻率跌落調頻方法相比，風電場慣量支撐結束后風電場出力跌落量降低了1.5%，因此可有效解決風電場調頻二次頻率跌落問題，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
本文編自2022年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“基于虛擬同步機技術的風儲系統(tǒng)協(xié)調調頻控制策略”。本課題得到了遼寧省教育廳科學研究經費項目和遼寧省科協(xié)科技創(chuàng)新智庫項目的支持。
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