电力系统风储联合一次调频仿真模型（Simulink仿真实现）

ssswww56

于 2025-04-15 20:51:56 发布

阅读量520

点赞数 17

文章标签：人工智能算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ssswww56/article/details/147258334

版权

💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥

🏆博主优势：🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密，逻辑清晰，为了方便读者。

⛳️座右铭：行百里者，半于九十。

📋📋📋本文目录如下：🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

电力系统风储联合一次调频仿真模型研究

一、一次调频基本原理与技术要求

二、风储联合调频的互补特性

三、风储联合调频协调控制策略

四、仿真模型构建与参数设置

五、仿真案例分析

六、挑战与未来方向

📚2 运行结果

2.1 模型搭建

2.2 风电不参与调频模型

2.3 低风速参与调频

2.4 高风速风储参与调频

2.5 仿真波形

🎉3 参考文献

🌈4 Simulink仿真实现

💥1 概述

参考文献：

电力系统风储联合一次调频仿真模型研究

在高风电渗透率条件下，电力系统对风电场的频率调节能力提出了严格的技术要求。为了满足这些要求，我们考虑了风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力，并提出了将储能技术与风电自身调频手段相结合，以参与系统频率调节的方案。

为了验证这一方案的有效性，我们采用Simulink进行了仿真，并建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型。我们采用了四机两区系统，并利用频域模型法，附加了虚拟惯性控制和储能下垂控制。通过仿真实现了三种模式下的分析对比：风电不参与调频、低风速下风电参与调频以及高风速下风储联合参与调频。令人鼓舞的是，仿真结果与原文的结论一致，验证了我们提出的风储联合调频方案的可行性和有效性。

此外，为了进一步完善这一方案，我们也对模型进行了扩展和优化，以期在实际应用中取得更好的效果。

一、一次调频基本原理与技术要求

核心机制
一次调频是电力系统维持频率稳定的第一道防线，通过快速调节发电机组有功功率，补偿负荷扰动引起的功率不平衡。其基本原理基于电网频率与发电-用电功率的实时平衡关系：
- 当发电功率＞用电负荷时，频率上升（＞50 Hz）；反之，频率下降。
- 风储联合调频通过机组调速器直接响应频率偏差信号，利用储能快速功率支撑和风机的惯量特性，实现频率偏差的动态抑制。
关键参数要求
- 死区范围：±0.05 Hz，避免因微小波动触发误动作。
- 调差率（下垂系数） ：5%，决定有功功率调节幅度与频率偏差的比例关系。
- 动态性能：

滞后时间≤2秒，上升时间≤9秒，调节时间≤15秒。
稳态调节偏差≤额定功率的±1%。

二、风储联合调频的互补特性

风电调频的局限性
- 风机依赖风速波动，低风速时调节能力受限；高风速时需预留备用容量，导致经济性下降。
- 传统虚拟惯量控制易引发频率二次跌落问题。
储能的优势
- 快速响应：1秒内完成AGC指令，响应速度是火电的60倍。
- 精准控制：通过下垂特性曲线（公式：Pref=P0+Δfδ%⋅PN）实现功率按需分配。
- 调频稳定性：调差系数降低时，储能系统的特征根远离虚轴，抑制振荡。
协同效益
- 惯性互补：风机释放转子动能提供短时惯性支撑，储能提供持续功率补偿。
- 经济性优化：储能容量配置可减少40%，同时提升频率最低点41%。

三、风储联合调频协调控制策略

控制架构设计
- 分层控制：

本地层：风机采用虚拟同步机（VSG）模型，模拟同步发电机的惯量和阻尼特性。
协调层：基于模型预测控制（MPC）优化风储出力，目标函数为频率偏差最小化和储能寿命损耗均衡。
- 工况自适应：通过六种工况切换规则，解决功率不匹配问题（如低风速优先储能放电，高风速启用风机备用）。

典型控制方法
- 虚拟惯性+下垂控制：

风机附加虚拟惯性控制（ΔPwind=K⋅dfdtΔPwind=K⋅dtdf），储能采用自适应下垂系数（动态调整调差率）。
- 多目标优化：
基于NSGA-III算法平衡频率恢复性能、储能寿命、机械应力，优化综合效益。

四、仿真模型构建与参数设置

仿真工具选择
- MATLAB/Simulink：适用于搭建四机两区系统，集成虚拟惯量模块和储能下垂控制。
- PSCAD：用于高比例风电渗透下的电磁暂态分析，验证构网型储能调频策略。
模型搭建步骤
- 系统拓扑：典型四机两区或三机九节点系统，包含同步机、风电场、储能单元及负荷。
- 关键模块：

风机模型：双馈或直驱永磁风机，集成最大功率跟踪（MPPT）与虚拟惯量控制。
储能模型：飞轮或电池储能，配置下垂控制器与SOC管理模块。
- 控制逻辑：
频率分离技术：低频扰动优先由储能响应，高频扰动启用风机备用容量。

参数配置示例

参数类别典型值/范围依据文献
电网惯性常数 HH 26.89 s
调差率 δ%δ% 5%
储能容量配置风电额定功率的5%-15%
仿真步长 0.04 s
频率采样周期 ≤100 ms

参数类别	典型值/范围	依据文献
电网惯性常数 HH	26.89 s
调差率 δ%δ%	5%
储能容量配置	风电额定功率的5%-15%
仿真步长	0.04 s
频率采样周期	≤100 ms

五、仿真案例分析

场景对比验证
- 场景1（无调频） ：负荷突变时频率最低点降至49.2 Hz，稳态偏差达0.3 Hz。
- 场景2（风储联合） ：频率最低点提升至49.6 Hz，调节时间缩短至12秒，稳态偏差≤0.1 Hz。
控制策略效果
- MPC优化：风机转速变化率降低40%，调频成本减少25%。
- 虚拟同步机：系统惯性响应时间＜50 ms，频率超调量下降60%。

六、挑战与未来方向

技术瓶颈
- 风储功率动态匹配：需解决低风速下储能容量不足与高风速下风机机械应力过大的矛盾。
- 多时间尺度协调：如何平衡秒级一次调频与分钟级二次调频的协同控制。
研究方向
- 数字孪生技术：结合实时数据与仿真模型，实现调频策略在线优化。
- 混合储能系统：飞轮+锂电池组合，兼顾功率密度与能量密度。

📚2 运行结果

2.1 模型搭建

在仿真过程中，我们按照从上至下的顺序，依次进行了风电不参与调频、低风速下风电参与调频以及高风速下风储联合参与调频的分析对比。通过这种方式，我们能够清晰地观察到不同模式下系统的频率调节效果，并对比它们的性能表现。这种分步对比的方法有助于我们更全面地了解风储联合调频方案在不同工况下的适用性和优势。

在进行对比分析的过程中，我们还发现了一些有价值的信息和规律，这些发现将有助于我们进一步优化风储联合调频方案，以提高系统的频率调节效能和稳定性。通过深入分析不同模式下的仿真结果，我们可以更好地理解风电场在高渗透率情况下对电力系统频率调节的影响，为未来的风储联合调频技术研究和实际应用提供重要参考和指导。