华北电力大学颜湘武：风电机组及场站惯量响应与一次调频调压关键技术与核心装备_45页_12mb

华北电力大学分布式储能与微网河北省重点实验室研究总结

核心内容

本报告由华北电力大学“新能源电力系统分析与稳定控制研究团队”撰写，主要围绕风电机组及场站惯量响应与一次调频调压关键技术与核心装备展开。研究团队由颜湘武教授领导，成员包括董清、张波、张建坡、贾焦心、崔森等，团队在新能源电力系统稳定与自治控制、风电/光伏惯量支撑、电动汽车充电、新型储能等方面有深入研究。

主要观点

1. 新能源快速发展带来的挑战
   随着新能源（尤其是风电和光伏）占比的持续上升，系统惯量降低、调频能力下降，导致电网频率稳定性恶化，且重大脱网事故频发，对系统安全构成威胁。

2. 风机一次调频技术研究

   • 提出基于超级电容器的双馈风力发电机组一次频率调节方法，相比传统变桨距角控制和超速减载控制，具有更好的调频性能。
   • 通过变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制，实现更优的一次调频能力，且无需变桨控制，有助于延长设备寿命。
   • 考虑源-荷功率随机波动特性，提出一次频率平滑调节方法，有效减少频率波动，提升系统稳定性。

3. 风机一次调压技术研究

   • 采用正序分量补偿法，实现网侧变流器无功电压快速控制，提高风电机组对电网无功需求的响应能力。
   • 提出动态无功协调控制策略，结合定子侧与网侧变流器的无功调节能力，满足系统无功需求的同时保证风电机组高效运行。
   • 通过改进遗传控制算法，实现无功缺额下的有功功率附加控制，提升系统稳定性。

4. 实验平台验证

   • 构建了风-机-电系统全数字仿真模型和在环半实物实验平台，验证了各种控制策略的可行性。
   • 通过不同工况下的实验，如负荷突增、突减、随机波动等，评估了各种储能配置方案的调频和调压性能。

关键信息

储能类型与参数

超级电容储能模块

• 选用144V*55F超级电容模组，采用6串3并方式，共18组。
• 充放电效率高达99%以上，响应时间短，适合快速调频调压。
• 储能系统投资成本相对较低，年均成本约3.85万元。

储能配置与经济性分析

研究结论

1. 技术性能与经济性对比

   • 方案一在技术性能和经济性方面表现最佳，年均成本最低，且储能容量和使用寿命最优。
   • 分布式储能下的风储协调方案优于集中式储能方案，具有更高的经济性和稳定性。

2. 控制策略效果

   • 基于超级电容器的调频策略在响应速度、调频性能和经济性方面优于传统方法。
   • 通过改进遗传控制算法，实现无功控制参数的优化，提升系统无功响应能力。
   • 风电机组在风速波动下通过无功调节策略保持频率稳定，提升系统安全。

3. 实验验证结果

   • 在不同风速下，风电机组的有功和无功调节能力显著提升，响应时间在50ms以内。
   • 风速变化时，DFIG的动能自适应调节规律得到验证，满足大扰动下的频率稳定需求。
   • 通过在环实验平台，验证了多种调频调压策略的有效性，为实际应用提供了理论依据。

研究意义

本研究为解决新能源高比例接入下电网频率稳定问题提供了有效技术手段，通过分布式储能与超级电容器的结合，提升了风电机组的调频调压能力，同时降低了经济成本和维护难度。研究成果可为我国风电并网与电网安全运行提供参考，助力实现高比例可再生能源接入下的电力系统稳定与高效运行。