張靜忠，朱仔新，楊 龍

國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司調(diào)度控制中心，寧夏 銀川 750001

0 引言

隨著DG類型電源與電力系統(tǒng)的對(duì)接與集成，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在運(yùn)行中的供電模式逐步從單端供電轉(zhuǎn)變?yōu)槎喽斯╇姡瑸榱藵M足新型能源的應(yīng)用，電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的潮流走向、短路容量也在此過(guò)程中發(fā)生了改變，這一發(fā)展趨勢(shì)使前端對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)控提出了更高的要求[1]?，F(xiàn)今的新能源系統(tǒng)大多為風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能支撐，為了滿足新能源的接入需求，大多數(shù)系統(tǒng)使用變流裝置作為接口，并以此代替機(jī)械開關(guān)，但現(xiàn)行使用的接口在使用中極易造成系統(tǒng)運(yùn)行慣性的持續(xù)下降，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的調(diào)頻能力降低[2]。常規(guī)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻可按照時(shí)間順序分為慣性響應(yīng)、一次調(diào)頻響應(yīng)和二次調(diào)頻響應(yīng)。在新能源占比不斷提升的同時(shí)，常規(guī)的火電發(fā)電機(jī)組發(fā)電占比逐漸降低，開機(jī)臺(tái)數(shù)不斷減少，進(jìn)而導(dǎo)致電力系統(tǒng)整體慣性時(shí)間常數(shù)減少，減弱了一次調(diào)頻的能力。盡管新能源電力機(jī)組在運(yùn)行中具有一定的旋轉(zhuǎn)慣量，但系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)過(guò)變流器對(duì)其的隔離處理，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)運(yùn)行頻率之間存在耦合方面的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與常規(guī)供電機(jī)組相同的頻率變化響應(yīng)能力。基于此，文章開展對(duì)新能源電力系統(tǒng)一次調(diào)頻參數(shù)確定方法的設(shè)計(jì)研究。

1 新能源電力系統(tǒng)一次調(diào)頻參數(shù)確定方法

1.1 新能源電力系統(tǒng)控制階段調(diào)頻比例系數(shù)選擇

文章主要關(guān)注新能源電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中一次調(diào)頻的性能，在確定一次調(diào)頻參數(shù)時(shí)，需要注意考慮該新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和新電源接入的類型，減輕一次調(diào)頻下設(shè)備的磨損程度。例如，在電網(wǎng)小幅度擾動(dòng)下，風(fēng)電頻繁地調(diào)整，磨損了風(fēng)機(jī)的槳葉，在調(diào)頻時(shí)應(yīng)注意先調(diào)整光伏，后調(diào)整風(fēng)電。另外，還需要注意電網(wǎng)的安全約束，調(diào)頻后應(yīng)當(dāng)保持電網(wǎng)潮流、電壓、頻率均在合理的范圍內(nèi)。

一次調(diào)頻過(guò)程可以劃分為三個(gè)基本階段。在第一階段，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)轉(zhuǎn)子釋放大量動(dòng)能；在第二階段，電力系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速逐漸恢復(fù)，此時(shí)轉(zhuǎn)子完成對(duì)動(dòng)能的存儲(chǔ)；在第三階段，基本還原最初的MPPT運(yùn)行模式[3]。新能源電力系統(tǒng)一次調(diào)頻過(guò)程中的頻率變化曲線如圖1所示。其中，t1為第一階段，t2為第二階段，t3為第三階段。L、L’、L0分別表示三個(gè)不同階段下電力系統(tǒng)一次調(diào)頻頻率。

圖1 新能源電力系統(tǒng)一次調(diào)頻過(guò)程中的頻率變化曲線

在明確電力系統(tǒng)的調(diào)頻過(guò)程后，為了提高最終參數(shù)確定結(jié)果的精度，首先需要選擇控制階段的調(diào)頻比例系數(shù)，確保其能夠在更加準(zhǔn)確的調(diào)頻比例中獲取最終的調(diào)頻參數(shù)。當(dāng)調(diào)頻比例系數(shù)越大，則相應(yīng)的最大頻率偏差會(huì)越小，但由于新能源電力系統(tǒng)與調(diào)頻時(shí)增加的功率相對(duì)較多，在退出調(diào)頻時(shí)，電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡運(yùn)行現(xiàn)象，并且造成后續(xù)頻率的二次跌落更加嚴(yán)重。針對(duì)這一問(wèn)題，在選擇調(diào)頻比例系數(shù)時(shí)，需要兼顧最大頻率偏差與二次跌落偏差兩個(gè)基本指標(biāo)，對(duì)比例系數(shù)進(jìn)行折中取值。

當(dāng)新能源電力系統(tǒng)退出調(diào)頻后，出現(xiàn)二次跌落，并且受到出力占比影響[4]。占比越高，二次跌落造成的影響越大；反之，占比越低，二次跌落造成的影響越小。根據(jù)這一特點(diǎn)，還需要對(duì)上述完成選擇的調(diào)頻比例系統(tǒng)的取值進(jìn)行調(diào)整?？紤]到新能源電力系統(tǒng)的輔助調(diào)頻參數(shù)是通過(guò)變流器裝置進(jìn)行控制的，而變流器裝置在運(yùn)行過(guò)程中存在非固有特性，可將電力系統(tǒng)調(diào)頻進(jìn)行分段，在低段、中段和高段分別對(duì)調(diào)頻比例系數(shù)按照上述操作進(jìn)行選擇，以確保在每一個(gè)調(diào)頻分段中都能夠選擇合適的調(diào)頻比例系數(shù)。

1.2 退出調(diào)頻時(shí)刻參數(shù)設(shè)定

在完成對(duì)新能源電力系統(tǒng)控制階段調(diào)頻比例系數(shù)的選擇后，在退出調(diào)頻時(shí)刻，其參數(shù)數(shù)值的設(shè)定也不宜過(guò)大或過(guò)小。若參數(shù)數(shù)值過(guò)大，機(jī)械功率會(huì)減小，進(jìn)而造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定問(wèn)題[5]；若參數(shù)數(shù)值過(guò)小，則電力系統(tǒng)在退出調(diào)頻時(shí)刻仍然無(wú)法恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，會(huì)出現(xiàn)二次跌落嚴(yán)重的問(wèn)題。因此，在設(shè)定退出調(diào)頻時(shí)刻的參數(shù)時(shí)，可通過(guò)典型場(chǎng)景的方式對(duì)參數(shù)進(jìn)行篩選，并結(jié)合電力系統(tǒng)負(fù)荷變化及公式（1），計(jì)算得出滿足退出調(diào)頻狀態(tài)的時(shí)刻。

式中：toあ為電力系統(tǒng)退出調(diào)頻狀態(tài)的時(shí)刻；tn為出現(xiàn)頻率跌落現(xiàn)象，并且跌落到最低點(diǎn)的時(shí)間；表示為調(diào)頻控制延時(shí)時(shí)間。根據(jù)公式（1），初步確定調(diào)頻時(shí)刻參數(shù)后，判斷此時(shí)頻率二次跌落的偏差是否滿足實(shí)際需要，若偏大，則可適當(dāng)增大單位調(diào)節(jié)功率；若偏小，則可適當(dāng)減小單位調(diào)節(jié)功率。若滿足實(shí)際需要，再對(duì)虛擬慣性系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，判斷初步確定的虛擬慣性系數(shù)是否滿足調(diào)頻功率需要，若偏小，則適當(dāng)增大虛擬慣性系數(shù)；若偏小，則適當(dāng)減小虛擬慣性系數(shù)。若滿足調(diào)頻功率需要，則將最終整定后的調(diào)頻參數(shù)輸出，完成對(duì)退出調(diào)頻時(shí)刻參數(shù)的設(shè)定。

2 仿真測(cè)試

為了驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的一次調(diào)頻參數(shù)確定方法的性能，選擇以某電力企業(yè)作為數(shù)據(jù)來(lái)源，在Matlab仿真平臺(tái)上模擬該電力企業(yè)的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，利用文章提出的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻參數(shù)確定。

該新能源電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組的額定容量為550 MW，其中風(fēng)電機(jī)組的額定容量為2 MW，共包含100臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，其總額定容量為200 MW，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷為250 MW，正常運(yùn)行時(shí)的頻率變化允許范圍為±0.2 Hz，當(dāng)發(fā)生直流閉鎖等重大事故時(shí)，頻率變化允許范圍為±0.5 Hz。結(jié)合上述電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行基本條件，在不同調(diào)頻控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)該方法的確定精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。選擇將調(diào)頻參數(shù)與實(shí)際電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所需的頻率進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)二者之間的差值，實(shí)現(xiàn)對(duì)其精度的比較。將調(diào)頻控制參數(shù)設(shè)定為15 t/s、20 t/s、25 t/s、50 t/s和100 t/s，分別記錄在應(yīng)用文章所述方法后的調(diào)頻參數(shù)，并將其與實(shí)際值記錄，如表1所示。

表1 一次調(diào)頻參數(shù)確定方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表

從表1中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，在不同控制參數(shù)的條件下，該方法確定參數(shù)與實(shí)際值之間的差值均小于1.00 Hz。并且，從表1中兩組數(shù)據(jù)對(duì)比可知，隨著控制參數(shù)數(shù)值的不斷增加，文章方法確定參數(shù)與實(shí)際值之間的差距越來(lái)越小，說(shuō)明其確定精度越來(lái)越高。因此，通過(guò)上述仿真測(cè)試證明，一次調(diào)頻參數(shù)確定方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源電力系統(tǒng)一次調(diào)頻參數(shù)的高精度確認(rèn)，進(jìn)一步提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行提供了更加安全、可靠的條件。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了提高系統(tǒng)在運(yùn)行中的綜合性能，此次研究以新能源電力系統(tǒng)為例，結(jié)合系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需求，對(duì)系統(tǒng)的一次調(diào)頻參數(shù)確定方法展開設(shè)計(jì)研究，以此種方式為新能源電力系統(tǒng)的持續(xù)化運(yùn)行提供技術(shù)層面的支撐。