考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法

董昱; 孙荣富; 丁然; 冯帅帅; 起盼; 吴林林

doi:10.7500/AEPS20230102001

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考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法
- Online Evaluation Method for Transient Active Power Support Capability of Wind Farm Considering Wind Speed Uncertainty
- 电力系统自动化 2023年47卷第18期页码：101-110
- 作者机构：
  
  1.国家电网有限公司国家电力调度控制中心,北京市 100031
  2.国网冀北电力有限公司,北京市 100054
  3.武汉大学电气与自动化学院,湖北省武汉市 430072
  4.国网冀北电力有限公司电力科学研究院,北京市 100045
- 作者简介：
  
  董昱(1974—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统调度运行与控制、水电及新能源调度。E-mail：dong-yu@sgcc.cn
  孙荣富(1982—)，男，博士，主要研究方向：风电调度运行、风电功率预测和电力系统运行可靠性分析。E-mail：hcxsrf@163.com
  丁然(1987—)，男，硕士，主要研究方向：新能源的调度运行。E-mail：ding.ran@sgcc.com.cn
  冯帅帅(1997—)，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：新能源并网控制。Email: fengshuaishuai@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司总部管理科技项目(4000-202114064A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20230102001
  中图分类号：
- 收稿：2023-01-02，
  
  修回：2023-07-17，
  
  网络出版：2023-08-10，
  
  纸质出版：2023-09-25
- 稿件说明：
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董昱,孙荣富,丁然等.考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法[J].电力系统自动化,2023,47(18):101-110.

DONG Yu,SUN Rongfu,DING Ran,et al.Online Evaluation Method for Transient Active Power Support Capability of Wind Farm Considering Wind Speed Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(18):101-110.
董昱,孙荣富,丁然等.考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法[J].电力系统自动化,2023,47(18):101-110. DOI： 10.7500/AEPS20230102001.

DONG Yu,SUN Rongfu,DING Ran,et al.Online Evaluation Method for Transient Active Power Support Capability of Wind Farm Considering Wind Speed Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(18):101-110. DOI： 10.7500/AEPS20230102001.

摘要

风电高比例接入的电网在受扰后常规机组调频尚未启动的惯量响应阶段内调频资源匮乏，风电场可采用转子动能控制方式快速调整有功功率为电网提供频率支撑，且不影响风电场正常运行。同时，为便于电网侧制定调控策略，需在线评估各风电场的暂态有功支撑能力。以双馈风机为例，构建了考虑风机转速、轴系及逆变器安全限制的风电场暂态有功支撑能力优化模型，并针对模型约束需迭代计算引起的高复杂度，提出采用差分离散化等方法将模型转化为混合整数线性规划问题进行高效求解。同时考虑风速不确定性，提出采用核密度估计与拉丁超立方抽样对风速预测误差进行建模与采样，获取不确定条件下的评估结果。最后，以某实际风电场为例，说明了所提方法的有效性。

Abstract

For a power grid integrated with high proportion of wind power

the frequency regulation resources are insufficient in the inertia response stage when the frequency regulation of conventional units has not been started after the system is disturbed. The wind farm can quickly adjust the active power by using the rotor kinetic energy control mode to provide frequency support for the power grid without affecting the normal operation of the wind farm. At the same time

in order to formulate the regulation and control strategies at the grid side

it is necessary for each wind farm to evaluate its transient active power support capability online. Taking the doubly-fed wind turbine as an example

an optimal model for the transient active power support capability of the wind farm is proposed considering the safety constrains of the wind turbine speed

shafting and inverter. Aiming at the high complexity caused by the model constraints which require iterative calculations

a difference discretization method is proposed to transform the model into a mixed-integer linear programming problem for efficient solution. Besides

considering the wind speed uncertainty

the kernel density estimation and Latin hypercube sampling are proposed to model and sample the prediction error of the wind speed

so as to obtain the evaluation results under uncertain conditions. Finally

an actual wind farm is taken as an example to illustrate the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

唐西胜，苗福丰，齐智平，等 . 风力发电的调频技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 25 ）： 4304 - 4314 .

TANG Xisheng ， MIAO Fufeng ， QI Zhiping ， et al . Survey on frequency control of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 25 ）： 4304 - 4314 .

袁小明，程时杰，胡家兵 . 电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie ， HU Jiabing . Multi-time scale voltage and power angle dynamics in power electronics dominated large power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

薛禹胜，雷兴，薛峰，等 . 关于风电不确定性对电力系统影响的评述［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5029 - 5040 .

XUE Yusheng ， LEI Xing ， XUE Feng ， et al . A review on impacts of wind power uncertainties on power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5029 - 5040 .

风电场接入电力系统技术规定，第1部分：陆上风电 GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准质检出版社， 2021 .

Technical specification for connecting wind farm to power system Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： China Standards and Quality Inspection Press ， 2021 .

刘彬彬，杨健维，廖凯，等 . 基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 17 - 22 .

LIU Binbin ， YANG Jianwei ， LIAO Kai ， et al . Improved frequency control strategy for DFIG-based wind turbines based on rotor kinetic energy control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 17 - 22 .

孙丽 . 具有惯性和一次调频功能的双馈风机特性研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2016 .

SUN Li . Study on characteristics of doubly-fed fan with inertia and primary frequency modulation function ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2016 .

王硕 . 双馈风机虚拟同步并网控制基础理论与关键技术研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2017 .

WANG Shuo . Research on basic theory and key technology of virtual synchronous grid-connected control of doubly-fed fan ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2017 .

颜湘武，孙雪薇，崔森，等 . 基于转子动能与超级电容器储能的双馈风电机组惯量和一次调频改进控制策略［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊1 ）： 179 - 190 .

YAN Xiangwu ， SUN Xuewei ， CUI Sen ， et al . Improved control strategy for inertia and primary frequency regulation of doubly fed induction generator based on rotor kinetic energy and supercapacitor energy storage ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 1 ）： 179 - 190 .

张峰，李柏慷，丁磊 . 考虑风电调频能量联动分配的时变调频参数设定方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 188 - 197 .

ZHANG Feng ， LI Baikang ， DING Lei . Parameter setting method of time-varing frequency regulation considering linked energy distribution of wind power for frequency regulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 188 - 197 .

MIAO L ， WEN J Y ， XIE H L ， et al . Coordinated control strategy of wind turbine generator and energy storage equipment for frequency support ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2015 ， 51 （ 4 ）： 2732 - 2742 .

LAO H J ， ZHANG L ， ZHAO T ， et al . Innovated inertia control of DFIG with dynamic rotor speed recovery ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2020 ， 8 （ 5 ）： 1417 - 1427 .

YANG D J ， KIM J ， KANG Y C ， et al . Temporary frequency support of a DFIG for high wind power penetration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 3428 - 3437 .

TANG W ， HU J B ， CHANG Y Z ， et al . Modeling of DFIG-based wind turbine for power system transient response analysis in rotor speed control timescale ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6795 - 6805 .

刘威，张东霞，王新迎，等 . 基于深度强化学习的电网紧急控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 1 ）： 109 - 119 .

LIU Wei ， ZHANG Dongxia ， WANG Xinying ， et al . A decision making strategy for generating unit tripping under emergency circumstances based on deep reinforcement learning ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 109 - 119 .

ZHU S X ， WANG T ， WANG Z P . Bi-level optimised emergency load/generator shedding strategy for AC/DC hybrid system following DC blocking ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 8 ）： 1491 - 1499 .

王豹，徐箭，孙元章，等 . 基于通用分布的含风电电力系统随机动态经济调度［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 6 ）： 17 - 24 .

WANG Bao ， XU Jian ， SUN Yuanzhang ， et al . Stochastic dynamic economic dispatch of power systems considering wind power based on versatile probability distribution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 6 ）： 17 - 24 .

张昭遂，孙元章，李国杰，等 . 计及风电功率不确定性的经济调度问题求解方法［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 22 ）： 125 - 130 .

ZHANG Zhaosui ， SUN Yuanzhang ， LI Guojie ， et al . A solution of economic dispatch problem considering wind power uncertainty ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 22 ）： 125 - 130 .

税月，刘俊勇，高红均，等 . 考虑风电不确定性的电热综合系统分布鲁棒协调优化调度模型［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

SHUI Yue ， LIU Junyong ， GAO Hongjun ， et al . A distributionally robust coordinated dispatch model for integrated electricity and heating systems considering uncertainty of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7235 - 7247 .

李肇卿，洪建，王亚楠，等 . 一种基于非参数估计的电能质量分析方法［J］. 信息技术， 2021 ， 45 （ 8 ）： 156 - 160 .

LI Zhaoqing ， HONG Jian ， WANG Yanan ， et al . A power quality and reliability analysis method based on non-parametric estimation ［J］. Information Technology ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 156 - 160 .

林志超，罗步升，宋志坚 . 基于非参数估计的电压暂降下敏感设备故障率评估［J］. 电测与仪表， 2023 ， 60 （ 6 ）： 86 - 95 .

LIN Zhichao ， LUO Busheng ， SONG Zhijian . Fault rate assessment of voltage sag sensitive equipment based on nonparametric assessment ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2023 ， 60 （ 6 ）： 86 - 95 .

田新首，王伟胜，迟永宁，等 . 基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 5 ）： 20 - 26 .

TIAN Xinshou ， WANG Weisheng ， CHI Yongning ， et al . Variable parameter virtual inertia control based on effective energy storage of DFIG-based wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 5 ）： 20 - 26 .

ZHAO Y ， WEI C ， ZHANG Z ， et al . A review on position/speed sensorless control for permanent-magnet synchronous machine-based wind energy conversion systems ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2013 ， 1 （ 4 ）： 203 - 216 .

HUANG C ， LI F X ， JIN Z Q . Maximum power point tracking strategy for large-scale wind generation systems considering wind turbine dynamics ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 4 ）： 2530 - 2539 .

李朝安，范明天 . 电力系统数学模型的各种表示形式及其相互变换［J］. 电力系统自动化， 1982 ， 6 （ 2 ）： 39 - 49 .

LI Chaoan ， FAN Mingtian . Expressions of mathematical models for power systems and their transformations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 1982 ， 6 （ 2 ）： 39 - 49 .

戴汉扬，汤涌，宋新立，等 . 电力系统动态仿真数值积分算法研究综述［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3977 - 3984 .

DAI Hanyang ， TANG Yong ， SONG Xinli ， et al . Review on numerical integration algorithms for dynamic simulation of power system ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3977 - 3984 .

柯德平，冯帅帅，刘福锁，等 . 新能源发电调控参与的送端电网直流闭锁紧急频率控制策略快速优化［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 5 ）： 1204 - 1218 .

KE Deping ， FENG Shuaishuai ， LIU Fusuo ， et al . Rapid optimization for emergent frequency control strategy with the power regulation of renewable energy during the loss of DC connection ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 1204 - 1218 .

丁志中 . 双线性变换法原理的解释［J］. 电气电子教学学报， 2004 ， 26 （ 2 ）： 53 - 54 .

DING Zhizhong . Explanation about the principle of bilinear transformation method ［J］. Journal of Electrical & Electronic Engineering Education ， 2004 ， 26 （ 2 ）： 53 - 54 .

赵晶晶，吕雪，符杨，等 . 基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 15 ）： 3815 - 3822 .

ZHAO Jingjing ， LÜ Xue ， FU Yang ， et al . Dynamic frequency control strategy of wind/photovoltaic/diesel microgrid based on DFIG virtual inertia control and pitch angle control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 15 ）： 3815 - 3822 .

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