高比例风电接入的低惯量电力系统频率动态特性分析

摘 要  随着大规模的风电能源开发利用，高比例风电并网已成为全球趋势，但高比例风电并网会造成电力系统的惯量水平降低，从而改变了系统频率动态特性，传统惯量响应体系及分析方法面临挑战。本研究以高比例风电接入为背景，对低惯量电力系统频率动态特性进行分析。本研究基于传统的系统频率模型，考虑风电渗透后风机参与调频的系统频率模型。并根据相应模型在MATLAB/Simulink中实验仿真，分析风电参与系统频率调节前火电机组是否关停以及风电渗透率不同对于系统频率特性的影响，加入风电通过虚拟惯量控制、下垂控制和综合惯量控制参与系统调频后对频率动态特性的改善作用以及探究虚拟惯量控制环节和下垂控制环节中参数的设置对系统频率动态特性的影响。

关键词：电力系统、频率特性、惯量、功率

基金项目：中国矿业大学（北京）大学生创新训练项目资助（No. 202413036）

0引言

在全球大规模风电并网的趋势下，高占比风电将成为我国未来电网的显著特点，但是风电接入后对电网频率的一系列影响未得到解决，使系统稳定性受大大幅度影响。在电力系统运转过程中，频率为在发电和电力负荷之间保持平衡的额定值，一旦功率平衡被打破，频率就会偏离基准值，若差值太大，电力设备的安全运转将不能得到保证，系统的安全性和稳定性就会受到影响。对于引入新能源的低惯量电网，如何维持频率稳定是亟待解决的问题[1-3]。因此，面临着以高比例新能源为特性的现代电网频率稳定问题的出现，对扰动后的频率特性的分析尤为重要。另一方面，由于电力电子器件被大量使用于风电与系统间的连接，导致常规机组被替代，将会引起电网惯性降低，也会增加电网在严重有功扰动下发生频率失稳的风险。因此，在大规模风电并网背景下，对高比例风电接入的低惯量电力系统频率动态特性分析意义重大。

1 电力系统频率分析模型

1.1频率的基本概念及计算方法

4 结论

大规模风电接入的背景下，本研究对低惯量电网频率特性进行分析，并对风机参与调频的控制方法进行研究，并进行仿真验证。发现随着风电并网规模的增大即风电渗透率的增加，系统频率惯量响应特性和调节能力均会减弱，且频率的初始变化率、最大偏差及稳态偏差也会随之增大，从而恶化了系统频率稳定性。研究了风电调频的可行性，并设计综合惯量控制环节来响应系统频率变化，改善系统频率响应。

参考文献

[1] 牛景瑶． 考虑风电接入的低惯量电网频率特性及调频控制研究[D]. 西南交通大学，2022.

[2] 罗启珩．含风电低惯性电力系统调频控制与稳定性分析[D]．西南交通大学， 2017．

[3]薄其滨．含风电的电力系统频率动态分析[D]．西南交通大学，2015.

[4]李东辉，臧晓明，鞠平，等．电力系统频率响应的改进模型与参数估计[J]．电 力工程技术，2019，38（05）：85-90．