史學(xué)健，楊培宏，亢 嵐，江 暉

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.國家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

隨著全球資源危機(jī)和環(huán)境惡化的雙重壓力加劇，風(fēng)力發(fā)電作為目前最為經(jīng)濟(jì)和成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量和消納總量高速增長，然而，風(fēng)電的不確定性會(huì)給電力系統(tǒng)的調(diào)度與調(diào)頻帶來一定的壓力，而且還對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來一定的挑戰(zhàn)[1-2]。這就要求風(fēng)電自身應(yīng)積極參與系統(tǒng)調(diào)頻，分擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，改善系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力。

為了使風(fēng)電機(jī)組具有一次調(diào)頻能力，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量的研究工作，主要通過風(fēng)電機(jī)組采用附加控制的方式響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻。風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻的主要策略包括風(fēng)電機(jī)組自身的附加頻率響應(yīng)控制[3- 4]和風(fēng)電場配置儲(chǔ)能裝置[5- 6]，其中，風(fēng)電場配置儲(chǔ)能裝置調(diào)峰、調(diào)頻原理簡單，但大規(guī)模利用儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)頻的成本較高。利用風(fēng)電機(jī)組附加頻率響應(yīng)控制的主要策略有轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制和功率備用控制[7-10]。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制包括虛擬慣性控制和下垂控制，而功率備用控制包括槳距角控制和轉(zhuǎn)子超速控制。虛擬慣性和下垂控制通過釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供功率支撐，由于風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下限的限制，轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的調(diào)頻時(shí)間較短，其調(diào)節(jié)時(shí)間一般不超過6 s[11]。功率備用控制是通過超速或變槳矩控制使風(fēng)電機(jī)組留有一定的功率備用進(jìn)而支持系統(tǒng)調(diào)頻，風(fēng)電機(jī)組處于減載運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 綜合控制策略示意

目前，關(guān)于風(fēng)電調(diào)頻多集中在單臺(tái)機(jī)組的控制策略上，就大規(guī)模風(fēng)電場參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的研究仍然不夠成熟。為此，需研究大規(guī)模風(fēng)電的調(diào)頻控制策略，包括風(fēng)電機(jī)組間調(diào)頻功率的分配、風(fēng)電機(jī)組退出調(diào)頻模式的控制策略以及風(fēng)電機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制策略。文獻(xiàn)[12]根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)速狀況不同，提出備用控制控制方式進(jìn)行調(diào)頻，提供風(fēng)電場參與系統(tǒng)調(diào)頻能力。文獻(xiàn)[13]則提出了轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制和功率備用控制相結(jié)合的調(diào)頻策略，但沒有考慮風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的轉(zhuǎn)子恢復(fù)控制，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率出現(xiàn)二次跌落事故。

本文以風(fēng)電場集群參與系統(tǒng)一次調(diào)頻為目標(biāo)，提出了綜合調(diào)頻控制策略，并利用風(fēng)電自身的槳距角控制策略實(shí)現(xiàn)調(diào)頻機(jī)組有序退出，結(jié)合風(fēng)電場的運(yùn)行工況，提出了調(diào)頻功率的分配策略。仿真結(jié)果表明，綜合調(diào)頻控制策略能夠有效提高風(fēng)電場參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的能力，為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建提供一定的理論依據(jù)。

1 風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻策略

本文以雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，制定雙饋風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的控制策略。低風(fēng)速(風(fēng)速小于額定風(fēng)速)時(shí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組參與調(diào)頻的機(jī)理為吸收(釋放)轉(zhuǎn)子動(dòng)能或留有一定的功率備用；高風(fēng)速(風(fēng)速大于等于額定風(fēng)速)時(shí)雙饋風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入恒功率區(qū)域，風(fēng)電機(jī)組的有功出力達(dá)到上限，無法在頻率跌落時(shí)犧牲轉(zhuǎn)速增發(fā)功率。為增加雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)頻適用范圍，在高風(fēng)速段采用減載運(yùn)行進(jìn)行功率備用。本文將轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制與功率備用控制進(jìn)行協(xié)調(diào)，提出了風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一體調(diào)頻的綜合調(diào)頻策略，具體控制策略如圖1所示。

圖1中，轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制是通過變流器附加頻率控制環(huán)節(jié)模擬同步發(fā)電機(jī)的調(diào)頻特性，模擬同步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻的方式為虛擬慣量控制；模擬同步發(fā)電機(jī)的有功功率靜態(tài)頻率特性曲線方式為下垂控制。虛擬慣量控制與下垂控制聯(lián)合運(yùn)行構(gòu)成轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制，用于風(fēng)電機(jī)組輸出功率未達(dá)到額定功率時(shí)的調(diào)頻策略，即運(yùn)行在低風(fēng)速區(qū)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在高風(fēng)速區(qū)時(shí)，通過槳距角和轉(zhuǎn)子超速控制提供備用功率實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，設(shè)置初始槳距角或處于超速運(yùn)行狀態(tài)留有一定的備用功率，當(dāng)系統(tǒng)頻率跌落時(shí)釋放備用功率對(duì)系統(tǒng)增發(fā)有功功率，槳距角控制或超速運(yùn)行的方式屬于功率備用控制。

圖1的轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制與功率備用控制聯(lián)合調(diào)頻構(gòu)成風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的綜合控制策略，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組全風(fēng)速段調(diào)頻，通過設(shè)定各個(gè)控制環(huán)節(jié)的參數(shù)，提高風(fēng)電場的頻率響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制通過降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能，為電力系統(tǒng)快速增發(fā)有功功率。然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法在降低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行，雙饋風(fēng)電機(jī)組需恢復(fù)在初始轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，由能量守恒定律可知，此時(shí)，雙饋風(fēng)電機(jī)組還需吸收功率恢復(fù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速直至運(yùn)行在初始狀態(tài)。如果處理不當(dāng)，可能造成風(fēng)電機(jī)組退出運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)電場調(diào)頻功率較大時(shí)，還可能造成系統(tǒng)頻率發(fā)生二次跌落事故，故需建立雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)運(yùn)行策略。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制策略下，雙饋風(fēng)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速相關(guān)，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，為保證風(fēng)電場的最大功率輸出，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組不需進(jìn)行轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)；當(dāng)風(fēng)速降低時(shí)，此時(shí)立即退出調(diào)頻模式，恢復(fù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?？紤]到風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，且一次調(diào)頻響應(yīng)速度較快，為此本文假定風(fēng)電機(jī)組采用轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制調(diào)頻時(shí)風(fēng)速不發(fā)生變化，具體控制框圖如圖2所示。

圖2 風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制示意

2 風(fēng)電場機(jī)組聚類分群

隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量也越來越大，若對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)度參與系統(tǒng)一次調(diào)頻時(shí)，工作量較大，且控制難度也較大，難以在工程中實(shí)施。為此，本文提出了風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組聚類分群的方法，將風(fēng)電場內(nèi)若干機(jī)組通過等值機(jī)組進(jìn)行描述。

本文提出DBSCAN與k-means相結(jié)合的方法進(jìn)行風(fēng)電場機(jī)組聚類分群。這兩種算法都是基于風(fēng)電場的實(shí)測數(shù)據(jù)作為樣本空間進(jìn)行聚類，DBSCAN算法主要用于剔除實(shí)測數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的清洗。清洗后的數(shù)據(jù)經(jīng)k-means算法進(jìn)行聚類分群，完成對(duì)風(fēng)電場內(nèi)機(jī)組的分群與等值處理。

DBSCAN算法的流程如下：

(1)獲取初始數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)樣本空間。

(2)計(jì)算樣本空間中數(shù)據(jù)之間的歐幾里德距離。

(3)設(shè)置參數(shù)ε和MinPts的值，計(jì)算所有數(shù)據(jù)的核心點(diǎn)，并建立核心點(diǎn)與到核心點(diǎn)距離小于半徑ε的點(diǎn)映射。

(4)依據(jù)獲得的核心點(diǎn)集合和半徑ε的值，計(jì)算能夠連通的真實(shí)核心點(diǎn)。

(5)將連通的每一組真實(shí)核心點(diǎn)歸為一個(gè)類簇，形成一個(gè)簇。

(6)重復(fù)步驟(4)-(5)，直至找不到更多的核心點(diǎn)。

關(guān)于DBSCAN算法兩個(gè)重要參數(shù)ε和MinPts，其選取依賴于多種因素，包括異常數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)、異常數(shù)據(jù)的特征、異常數(shù)據(jù)簇與正常數(shù)據(jù)之間的距離等。因此，有必要定量分析異常數(shù)據(jù)剔除效果與參數(shù)選取之間的關(guān)系，綜合評(píng)價(jià)DBSCAN算法對(duì)參數(shù)的靈敏度。

本文提出采用兩種指標(biāo)來測定異常數(shù)據(jù)剔除性能，即功率曲線建模誤差em和數(shù)據(jù)剔除率γ。其中，功率曲線建模誤差采用均方根誤差來表示，具體為

(1)

數(shù)據(jù)剔除率γ為被剔除數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)與總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)比值，即

(2)

式中，N為剔除異常數(shù)據(jù)前的數(shù)據(jù)總數(shù)；Nt為剔除異常數(shù)據(jù)后剩余的數(shù)據(jù)總數(shù)。

假設(shè)清洗后的數(shù)據(jù)中共包含n個(gè)樣本數(shù)據(jù)，x1，x2，…，xn，計(jì)第i個(gè)樣本為xi=[xi1，xi2，…，xip]，則第i個(gè)樣本與第j個(gè)樣本之間的閔科夫斯基距離定義為

(3)

式中，q是整數(shù)，當(dāng)q取2時(shí)該式被稱為歐式距離，即

(4)

樣本i的輪廓值計(jì)為

(5)

式中，a表示樣本i與同一簇中的其他樣本之間的平均距離；b表示一個(gè)數(shù)值向量，組成元素是樣本i和不同簇的樣本之間的平均距離。

輪廓值S(i)的取值范圍是[-1，1]。其中，S(i)的值越接近1，就說明樣本i的分類越是合理的；當(dāng)S(i)<0時(shí)，則說明樣本i的分類是不合理的，還存在比目前分類更加合理的方案。

k-means法的步驟具體如下：

(1)將分類指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即樣本數(shù)據(jù)減去均值，除以標(biāo)準(zhǔn)差。

(2)從n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象隨機(jī)選擇k個(gè)樣本作為初始聚類中心。

(3)對(duì)剩余的每個(gè)樣本測量其到每個(gè)初始聚類中心的距離，并把它歸到最近的質(zhì)心的類。

(4)重新計(jì)算各個(gè)類的均值作為這個(gè)類新的聚類中心。

(5)迭代(3)～(4)步，直至新的聚類中心與原聚類中心相等或小于指定閾值，算法結(jié)束。

(6)計(jì)算S(i)，若S(i)不能滿足條件，首先重新選取初始聚類點(diǎn)進(jìn)行聚類，直至S(i)滿足條件，若所有的初始聚類點(diǎn)均不能滿足，則重新輸入k值，進(jìn)行聚類。

3 風(fēng)電場調(diào)頻策略研究

根據(jù)文獻(xiàn)[11]的研究結(jié)果可知，通過轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻功率輸出基本在6 s內(nèi)完成，頻率響應(yīng)速度較快，而通過槳距角控制的減載功率調(diào)頻，頻率響應(yīng)速度慢，在電網(wǎng)出現(xiàn)功率差額導(dǎo)致頻率波動(dòng)后，通過風(fēng)電場調(diào)度中心協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制與功率備用控制可以提高風(fēng)電場的頻率響應(yīng)能力。為此，結(jié)合功率備用控制調(diào)頻的持久性和風(fēng)力機(jī)組調(diào)頻的快速性，本文構(gòu)建了風(fēng)電場調(diào)頻方案，具體如圖3所示。通過綜合調(diào)頻控制策略，提高風(fēng)電場的系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的快速回穩(wěn)。

圖3 風(fēng)電場參與系統(tǒng)一次調(diào)頻方案

從圖3中可以看出，該策略是風(fēng)電場根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)時(shí)分配功率缺額進(jìn)行調(diào)頻，電網(wǎng)調(diào)度中心給風(fēng)電場下達(dá)調(diào)頻功率指令的依據(jù)是根據(jù)風(fēng)電場調(diào)度中心提供的風(fēng)電場實(shí)時(shí)工況。風(fēng)電場調(diào)度中心收到電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)頻功率Pf后，根據(jù)風(fēng)電場的實(shí)時(shí)工況，確定風(fēng)電場的調(diào)頻方案。由于風(fēng)電場的風(fēng)速狀況不同，風(fēng)電機(jī)組具備的調(diào)頻能力也不同，為此，按照實(shí)時(shí)風(fēng)速及風(fēng)機(jī)的輸出功率確定調(diào)頻策略。本文采用某風(fēng)電場1.5 MW的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為研究對(duì)象，根據(jù)風(fēng)電場的實(shí)測功率曲線可知，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到12.5 m/s時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可輸出額定功率。同時(shí)，考慮到風(fēng)電場運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，本文設(shè)定備用功率為風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行輸出功率的10%，即通過槳距角控制和轉(zhuǎn)子超速控制。提出的調(diào)頻方案如表1所示。

表1 風(fēng)電場調(diào)頻方案

當(dāng)風(fēng)電場調(diào)度中心接收到電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)頻功率Pf時(shí)，根據(jù)自身的實(shí)時(shí)工況確定輸出調(diào)頻功率ΔPWF，具體可表示為

(6)

由式(6)可知，若風(fēng)電場可調(diào)頻功率ΔPWF大于電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)頻功率Pf時(shí)，則給電網(wǎng)增發(fā)Pf即可；當(dāng)風(fēng)電場調(diào)頻功率ΔPWF小于電網(wǎng)調(diào)度中心的調(diào)頻功率Pf時(shí)，則給電網(wǎng)增發(fā)的功率ΔPWF，并將功率輸出信息上傳至電網(wǎng)調(diào)度中心。

4 仿真計(jì)算及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文所提綜合調(diào)頻策略的有效性和可行性，將利用典型的36節(jié)點(diǎn)算例進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，接線如圖4所示。

圖4 36節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接線示意

圖4為典型的36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)共包含8臺(tái)等值同步發(fā)電機(jī)組G1～G8，選取一種運(yùn)行方式下進(jìn)行分析，此時(shí)系統(tǒng)中總裝機(jī)容量為4 520 MW，總負(fù)荷有功功率為3 500 MW。為了驗(yàn)證風(fēng)電場的調(diào)頻作用，將36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的火電機(jī)組G8(接入BUS8，此時(shí)總裝機(jī)容量為1 200 MW)用風(fēng)電場替代，即WF。風(fēng)電場由624臺(tái)1.5 MW的雙饋風(fēng)電機(jī)組組成，風(fēng)電場的運(yùn)行數(shù)據(jù)源于內(nèi)蒙古包頭市后山地區(qū)12個(gè)臨近風(fēng)電場的實(shí)測數(shù)據(jù)，12個(gè)風(fēng)電場的總裝機(jī)容量占比為22%，滲透率較高。本文主要分析風(fēng)電場參與系統(tǒng)調(diào)頻的能力，為此，仿真過程中取所有同步發(fā)電機(jī)組不參加調(diào)頻，均用PQ節(jié)點(diǎn)替代進(jìn)行仿真計(jì)算。

仿真算例中，系統(tǒng)的頻率偏差通過突增負(fù)荷來模擬，即在Bus20處增加100 MW的負(fù)荷。通過對(duì)風(fēng)電場2020年3月1日至2020年9月1日共計(jì)6個(gè)月的風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)分析，對(duì)624臺(tái)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行聚類分群，首先采用DBSCAN方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)置參數(shù)ε和MinPts的值分別為30 kW和6。經(jīng)數(shù)據(jù)出力后進(jìn)行聚類分群，根據(jù)DBSCAN方法數(shù)據(jù)清洗的分析過程，本文取k-means聚類分群的k值為9，即將624臺(tái)風(fēng)電機(jī)組等值為9臺(tái)機(jī)組進(jìn)行集中控制與處理，提高了調(diào)頻響應(yīng)速度。風(fēng)電場的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況取2020年6月1日20∶00時(shí)刻的風(fēng)電場的工況，其中6個(gè)等值風(fēng)機(jī)處于低風(fēng)速區(qū)，通過轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制快速為系統(tǒng)提供功率缺額，3個(gè)等值風(fēng)機(jī)初入高風(fēng)速區(qū)，通過槳距角控制進(jìn)入減載運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)功率備用，為轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢運(yùn)行提供功率支持。

將此時(shí)的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)按照PQ節(jié)點(diǎn)接入運(yùn)行，并將G1作為平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行潮流計(jì)算，使系統(tǒng)處于功率平衡穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)頻率為49.97 Hz。在進(jìn)行計(jì)算之前，先對(duì)綜合控制策略以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制策略的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中，kR=0.03，TR=0.2，kf=2，Tf=0.2，kp=4，ki=0.24，T=0.2，Hw=2，k1=3，Rβ=0.2，kβ=60，Tβ=1.5，Kp=1.1，Ki=0.15，Kd=0.02。當(dāng)Bus20處突增100 MW負(fù)荷時(shí)，等值風(fēng)電機(jī)組1的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化情況如圖5所示。

圖5 風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

由圖5可以看出，風(fēng)電機(jī)組采用轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速均降低，為系統(tǒng)提供了調(diào)頻功率。其中，綜合控制策略下風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的調(diào)頻作用更大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低更多，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子動(dòng)能釋放更加充分；而下垂控制的頻率響應(yīng)性能最差，在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時(shí)，僅提供較少的調(diào)頻功率，不適用于風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻。

從圖5中也可以看出，轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制的調(diào)頻時(shí)間較短，能夠?qū)崿F(xiàn)將轉(zhuǎn)子動(dòng)能快速釋放，隨后進(jìn)行了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段，防止轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段控制不當(dāng)造成頻率的二次跌落。本文在轉(zhuǎn)子恢復(fù)控制階段的時(shí)間較長，有效提高了風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的可靠性，調(diào)頻過程中，風(fēng)電場輸出的調(diào)頻功率如圖6所示。

從圖6中可以看出，風(fēng)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制快速釋放動(dòng)能提供系統(tǒng)的功率缺額，風(fēng)電場的輸出功率增長較快。當(dāng)轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制結(jié)束后，需吸收功率備用控制提供的備用功率，用于恢復(fù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，與無控制策略相比，最終能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供82.5 MW的調(diào)頻功率，有效提供了電力系統(tǒng)的頻率，最終頻率達(dá)到49.93 Hz，具體如圖7所示。

圖6 風(fēng)電場輸出功率

圖7 系統(tǒng)頻率

由于風(fēng)電場規(guī)模較大，風(fēng)電場的實(shí)時(shí)工況也不同，進(jìn)而造成了風(fēng)機(jī)的調(diào)頻能力也不同。圖8給出了6個(gè)等值機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化情況，其中等值機(jī)組1的調(diào)頻能力最強(qiáng)，主要原因是等值風(fēng)電機(jī)組1此時(shí)所處風(fēng)速相對(duì)較大，致使轉(zhuǎn)速降低較多。

圖8 風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化

5 結(jié) 語

隨著我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量和消納總量逐年增加的趨勢(shì)，電力系統(tǒng)的調(diào)頻壓力越來越大，為此，本文提出了風(fēng)電機(jī)組直接參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的解決思路，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提供一定的理論依據(jù)。

(1)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)工況，提出了風(fēng)電機(jī)組全風(fēng)速范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)頻的方案，構(gòu)建了風(fēng)電機(jī)組綜合調(diào)頻控制策略。針對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制的平穩(wěn)性，構(gòu)建了模糊自適應(yīng)控制控制方法，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程中所需功率由功率備用控制提供。

(2)考慮風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組規(guī)模較大，數(shù)量較多，提出了DBSCAN與k-means相結(jié)合的方法進(jìn)行風(fēng)電場機(jī)組聚類分群，通過風(fēng)電場調(diào)度中心對(duì)分群后的等值機(jī)組進(jìn)行集中調(diào)頻控制的思路，構(gòu)建了風(fēng)電場綜合調(diào)頻控制方案。

(3)以36節(jié)點(diǎn)組成的電力系統(tǒng)為例，分析大規(guī)模風(fēng)電場高比例接入下風(fēng)電場的頻率響應(yīng)能力，通過電網(wǎng)側(cè)突加負(fù)荷進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明本文提出的綜合調(diào)頻控制策略具有較好的調(diào)頻特性，在電網(wǎng)功率缺額的情況下能夠快速響應(yīng)頻率變化并提供功率支持，有效遏制了系統(tǒng)頻率的下跌，使其快速穩(wěn)定運(yùn)行。