胡科華,宋沅澤,崔景順

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司遂寧供電公司,四川 遂寧 629000)

基于DDRTS的風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定仿真

胡科華,宋沅澤,崔景順

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司遂寧供電公司,四川 遂寧 629000)

含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)，由于風(fēng)功率波動(dòng)較大，對(duì)電網(wǎng)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(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際出力引進(jìn)電網(wǎng)的功能模塊(波形回放模塊)，最后在DDRTS軟件中根據(jù)實(shí)際的張北電網(wǎng)搭建了一個(gè)仿真模型，通過(guò)波形回放編寫的模塊，把實(shí)際電網(wǎng)在某一時(shí)間段的有功出力送入仿真電網(wǎng)模型中.最后可以得出：在張北電網(wǎng)中，當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)在100MW左右時(shí)，出現(xiàn)頻率偏差極限。當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)大于100MW時(shí)，頻率偏差越限。當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)小于100MW時(shí)，頻率偏差不越限。

電力系統(tǒng)；DDRTS；風(fēng)電場(chǎng)；頻率穩(wěn)定性

1 引言

二十一世紀(jì)，常規(guī)的能源以煤炭、石油為代表，環(huán)境問(wèn)題以及能源短缺雙重危機(jī)日益加深，新能源登上了歷史舞臺(tái)。風(fēng)力發(fā)電作為本世紀(jì)重要的綠色能源代表，被越來(lái)越多的國(guó)家重視并利用[1]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)的研究大都集中在電壓、電能質(zhì)量等方面，其中包括風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的建模、風(fēng)機(jī)的控制策略及并網(wǎng)運(yùn)行特性等。而對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性方面作的研究還不夠深入，雖然對(duì)風(fēng)機(jī)本身的頻率響應(yīng)特性作了研究，但從頻率穩(wěn)定的角度分析風(fēng)電與電網(wǎng)之間的相互影響研究較少，并且很少把負(fù)荷頻率特性對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響考慮在內(nèi)。隨著電網(wǎng)接納風(fēng)電裝機(jī)比重的逐年增加，風(fēng)電機(jī)組隨功率變化及頻繁投停造成的功率波動(dòng)必將給電網(wǎng)頻率帶來(lái)波動(dòng)[2-3]。

本文將根據(jù)實(shí)測(cè)風(fēng)電功率數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)，通過(guò)DDRTS軟件對(duì)風(fēng)電進(jìn)行建模，分析風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)頻率的影響。

2 基于DDRTS的風(fēng)電場(chǎng)的等值模塊

隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中的比例逐漸增高，確保并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響成為風(fēng)電研究中重要課題，而建立合理、有效的風(fēng)機(jī)模型是其中的重點(diǎn)。

本論文用了DDRTS的實(shí)時(shí)回放測(cè)試模塊里的“波形回放”功能，通過(guò)輸入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以反映風(fēng)電場(chǎng)的工作情況，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行建模仿真。本文用到的一個(gè)重要模塊為變功率負(fù)荷，如圖1所示；對(duì)變功率負(fù)荷進(jìn)行設(shè)置，如圖2所示。

圖1 變功率負(fù)荷

圖2 變功率負(fù)荷內(nèi)部元件

圖2內(nèi)有一User Func模塊，雙擊此模塊，對(duì)其進(jìn)行編程，圖3是編程模塊。

圖3 User Func模塊內(nèi)部程序

可以看出在d盤 feng的數(shù)據(jù)被輸入進(jìn)來(lái)，就給電網(wǎng)加了風(fēng)電出力，對(duì)電網(wǎng)造成了擾動(dòng)。根據(jù)feng里的數(shù)據(jù)，觀察風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)量在不同情況下對(duì)電網(wǎng)頻率帶來(lái)的影響是本文要研究及仿真的重點(diǎn)。通過(guò)DDRTS的“波形回放”功能，觀察不同波動(dòng)下對(duì)電網(wǎng)的頻率的影響。

3 電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析原理

頻率,作為衡量電能質(zhì)量的最重要的指標(biāo)之一，它直接反映了發(fā)電有功功率和負(fù)荷的平衡關(guān)系，它是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因數(shù)，所以也是電力系統(tǒng)控制的重要參數(shù)。電力系統(tǒng)頻率控制的基本目標(biāo)是始終保證頻率在允許的很小范圍內(nèi)波動(dòng)，也是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的最重要的任務(wù)。電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，頻率的變化對(duì)電力用戶、發(fā)電機(jī)組及電力系統(tǒng)本身都極為危害[4]。

頻率偏離額定值會(huì)影響用電設(shè)備的正常工作。系統(tǒng)頻率只有在系統(tǒng)有功出力和有功負(fù)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(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行調(diào)整和控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功出力[5]。我國(guó)電力工業(yè)技術(shù)法規(guī)中明確規(guī)定：系統(tǒng)的頻率偏差應(yīng)保持在±0.2Hz 范圍內(nèi)；而且在自動(dòng)調(diào)頻裝置投入運(yùn)行后，系統(tǒng)的頻率偏差不得超過(guò) 0.05～0.15Hz。并為了防止頻率崩潰，系統(tǒng)中必須設(shè)置低頻減載裝置。

圖4是電力系統(tǒng)的頻率靜態(tài)特性曲線。

圖4 電力系統(tǒng)功率-頻率靜態(tài)特性曲線

4 基于張北電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定仿真與分析

張家口地區(qū)電網(wǎng)地處京津唐電網(wǎng)西北部，擔(dān)負(fù)著“西電東送”的重要任務(wù)，是京津唐電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。本文以張北電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)例仿真與分析。張北電網(wǎng)如圖5所示。

在波形回放模塊里，輸入不同的風(fēng)電出力，對(duì)其進(jìn)行仿真。

當(dāng)給定風(fēng)電出力為150/1.5=100MW時(shí)，此時(shí)，出現(xiàn)頻率極限，如圖6所示。給定風(fēng)電出力大于100MW時(shí)，波動(dòng)較大，電網(wǎng)頻率越限，如圖7所示。當(dāng)給定風(fēng)電出力小于100MW時(shí)，波動(dòng)較小，頻率不越限，如圖8所示(都是與電網(wǎng)穩(wěn)定時(shí)相對(duì)比)。

圖5 張北電網(wǎng)

圖6 風(fēng)電并網(wǎng)容量適中時(shí)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖7 風(fēng)電并網(wǎng)容量大時(shí)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖8 風(fēng)電并網(wǎng)容量小時(shí)系統(tǒng)頻率變化曲線

由上面幾幅圖可以看出來(lái)：當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)在100MW左右時(shí)，出現(xiàn)頻率極限。當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)大于100MW時(shí)，頻率越限。當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)小于100MW時(shí)，頻率不越限。系統(tǒng)頻率為50Hz，頻率偏差為0.2時(shí)為正常情況，大于這個(gè)數(shù)，就屬于頻率越限，電網(wǎng)就會(huì)不穩(wěn)定。在這個(gè)范圍內(nèi)電網(wǎng)就是穩(wěn)定的。風(fēng)電并網(wǎng)肯定會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)一定的沖擊，只要頻率變化在范圍內(nèi)，我們就認(rèn)為這電網(wǎng)還是穩(wěn)定的。改善辦法是加一個(gè)儲(chǔ)能裝置，進(jìn)行“消峰填谷”，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論

本論文首先介紹了研究風(fēng)電的重要意義和必要性，以及風(fēng)電在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的風(fēng)電現(xiàn)狀。簡(jiǎn)單介紹了頻率穩(wěn)定性的重要性，在DDRTS平臺(tái)上搭建電網(wǎng)，加進(jìn)了風(fēng)電，進(jìn)行仿真和分析，從而進(jìn)行觀察擾動(dòng)對(duì)電網(wǎng)頻率的影響。

由仿真結(jié)果可看出,當(dāng)風(fēng)電加進(jìn)電網(wǎng)功率在100MW時(shí)，出現(xiàn)頻率極限。當(dāng)加進(jìn)風(fēng)電功率大于100MW時(shí)，出現(xiàn)頻率越限，頻率偏差大于0.2Hz。當(dāng)加進(jìn)風(fēng)電功率小于100MW時(shí)，頻率不越限，頻率偏差在允許范圍內(nèi)。如果要進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行仿真,則需考慮更多的因素,更精確地進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)的建模。

[1] 陸春.新能源風(fēng)光發(fā)電功率預(yù)測(cè)模型的研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[2] 田俊梅，梁生金，薛太林.小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用率研究[J].電力學(xué)報(bào)，2010(4).

[3] 韓禎祥.電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].北京:中國(guó)電力出版社,1995:65-98.

[4] 張俊.含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析研究[D].烏魯木齊:新疆大學(xué),2011:23-28.

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[7] 張鋒,晁勤,劉洪.不同控制策略下風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)分析[J].電網(wǎng)技術(shù),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