高比例新能源电网的综合频率控制方法

本发明涉及电力系统暂态分析领域，特别涉及一种高比例新能源电网中风电机组、直流线路协同控制参与调频的控制方法，尤指一种高比例新能源电网的综合频率控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着“双碳”战略目标的提出，构建以新能源为主体的新型电力系统已成为我国能源格局的重要发展方向。截至2020年底，我国风力发电装机已达2.81亿千瓦，风能因其可再生性、无污染性和较好经济性成为最具发展前景的新能源之一，高比例可再生能源并网成为我国未来电力系统重要的特征。与此同时，随着高比例新能源占比的持续增长，电网的转动惯量和调频能力降低，一旦高压直流线路发生闭锁故障会造成极大的功率波动，使高比例新能源电网暂态频率稳定受到威胁，频率稳定问题愈加凸显。当前传统机组因其爬坡速率低不能实现频率的快速调节，而风电因其不确定性、调频容量等因素限制也无法单独进行系统频率控制。对于大规模风电并网送出的电网频率稳定受到很大威胁，采用单一的调频资源具有很大局限性，而将多种调频资源结合参与系统频率调节能够实现各种资源优势互补，是有效保障高比例新能源电网频率稳定的关键手段。为此，需探索新的调频控制方法，通过对并网换流器采取附加的频率控制，使得风电机组和直流线路具有一定的频率调节能力，这也导致了新型电力系统频率协同控制的研究较为复杂。因此，提出一种风电机组与直流flc协同调频的控制方法对于更好地解决新型电力系统频率稳定性问题至关重要。

2、在现有研究中，如何充分考虑风电机组、直流线路的控制方式，并将多类型调频资源协同控制参与一次调频的研究尚未完善。由于新能源的可用调频能力有限，与其功率控制灵活性不匹配，高比例新能源系统功率快速可调的灵活性需要进行深度的开发，更优的调频控制方法有待进一步探索。因此，亟需提出一种高比例新能源电网的综合频率控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高比例新能源电网的综合频率控制方法，解决了现有技术存在的新型电力系统频率稳定性受到威胁的问题，对新型电力系统调频控制具有普遍适用性，为提高新型电力系统频率稳定性起到重要的作用。本发明方法能够计及风电、直流线路多类调频资源的协同调频控制能力，有效地提高高比例新能源电力系统频率的稳定性。

2、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

3、高比例新能源电网的综合频率控制方法，通过将传统机组、风电和直流等调频资源协同到该控制方法中，有效提高新型电力系统频率的稳定性。包括以下步骤：

4、(1)风电机组、直流线路的频率控制方式设计；

5、(2)含传统机组、风电和直流的频率响应综合模型构建；

6、(3)风电机组、直流线路协同频率控制参数整定；

7、(4)风电机组与直流频率限制器(frequency limit controller，flc)协同调频的控制方法。

8、步骤(1)所述的风电机组、直流线路的频率控制方式设计是：对风电机组采用下垂控制方式，对高压直流输电线路采用直流flc控制方式，使其具备快速响应电力系统频率变化的能力。

9、步骤(2)所述的含传统机组、风电和直流的频率响应综合模型构建是：在步骤(1)的基础上，将风机下垂控制、直流flc的频率控制环节传递函数附加到传统同步发电机频率响应模型上，形成含风电、直流的频率响应综合模型。

10、步骤(3)所述的风电机组、直流线路协同频率控制参数整定是：结合电网的频率稳定约束要求，采用灵敏度分析方法对风电、直流调频控制参数进行整定设计。

11、步骤(4)在步骤(3)的基础上，将风电机组的综合调频控制与直流频率限制器的短时功率转移结合起来，并设计两者的参数整定、调频时序和配合方法。

12、本发明的有益效果在于：与传统的频率控制方法相比，本发明所提出的系统综合频率控制方法能够充分调动风电、直流这些非同步电源的调频资源，通过提出协同控制方法，能够更加充分地提升高比例新能源电网的调频能力。此方法可以有效应用于高比例新能源电力系统的安全优化运行与控制领域，与传统的频率控制方法来比，能更好地应对新型电力系统能源结构变化所带来的转动惯量低、调频能力弱的问题。

技术特征：

1.一种高比例新能源电网的综合频率控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高比例新能源电网的综合频率控制方法，其特征在于：步骤（1）所述的风电机组、直流线路的频率控制方式设计是：对风电机组采用下垂控制方式，对高压直流输电线路采用直流频率限制器控制方式，使其具备快速响应电力系统频率变化的能力。

3.根据权利要求1所述的高比例新能源电网的综合频率控制方法，其特征在于：步骤（2）所述的含传统机组、风电和直流的频率响应综合模型构建是：在步骤（1）的基础上，将风机下垂控制、直流频率限制器的频率控制环节传递函数附加到传统同步发电机频率响应模型上，形成含风电、直流的频率响应综合模型。

4.根据权利要求1所述的高比例新能源电网的综合频率控制方法，其特征在于：步骤（3）所述的风电机组、直流线路协同频率控制参数整定是：结合电网的频率稳定约束要求，采用灵敏度分析方法对风电、直流调频控制参数进行整定设计。

5.根据权利要求1所述的高比例新能源电网的综合频率控制方法，其特征在于：步骤（4）所述风电机组与直流频率限制器协同调频控制的方法是：在步骤（3）的基础上，根据电网的调频需求，设计风电与直流频率限制器共同参与调频的定值，并结合风电的快速调频特点，合理分配两者的调频份额和调频时序。

技术总结
本发明涉及一种高比例新能源电网的综合频率控制方法，属于电力系统暂态分析领域。包括传统机组、风电机组和直流线路协同参与一次调频环节，提出一种综合频率控制方法，能够更好解决高比例新能源电力系统的暂态频率稳定问题。基于风电机组、直流线路的运行特性，设计风电、直流参与调频的控制方式；进而建立包括传统机组、风电和直流线路参与调频的频率响应综合模型，并分析高比例新能源电网的频率调节特性；结合电网频率稳定要求设计协同频率控制参数的定值，提出一种高比例新能源电网的综合频率控制方法。该方法能够有效协同各调频资源参与电力系统一次调频，提高了高比例新能源电力系统频率稳定性，对新型电力系统调频控制具有普遍适用性。

技术研发人员：辛业春,李国庆,江守其,刘先超,王振浩,王威儒,王延旭,王拓,梁毅,杨博,高嘉文
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16