计及风电场的飞轮储能一次调频控制策略

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0039

储能科学与技术 ›› 2024, Vol. 13 ›› Issue (6): 1911-1920.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0039

计及风电场的飞轮储能一次调频控制策略

金都¹^,²(), 刘广忱¹^,²(), 孙博文³, 黄天园³, 张建伟¹^,², 田桂珍¹^,², 荆丽丽⁴

^1.内蒙古工业大学，大规模储能技术教育部工程研究中心
^2.内蒙古工业大学，高等学校智慧能源技术与装备工程研究中心
^3.国网内蒙古东部电力综合能源服务有限公司，内蒙古呼和浩特 010000
^4.集宁师范学院；内蒙古乌兰察布 012000

收稿日期:2024-01-11 修回日期:2024-01-26 出版日期:2024-06-28 发布日期:2024-06-26
通讯作者: 刘广忱 E-mail:jindongdong1117@163.com;liugc@imut.edu.cn
作者简介:金都（1998—），男，硕士研究生，主要研究方向为新能源发电，E-mail：jindongdong1117@163.com；
基金资助:
内蒙古自治区科技重大专项(2020ZD0014);内蒙古自治区硕士研究生科研创新(S20231149Z)

Primary frequency modulation control strategy for flywheel energy storage counting and wind farms

Du JIN¹^,²(), Guangchen LIU¹^,²(), Bowen SUN³, Tianyuan HUANG³, Jianwei ZHANG¹^,², Guizhen TIAN¹^,², Lili JING⁴

^1.Inner Mongolia University of Technology, Engineering Research Center of Large Energy Storage Technology, Ministry of Education
^2.Inner Mongolia University of Technology, Intelligent Energy Technology and Equipment for Universities
^3.State Grid Inner Mongolia East Power Comprehensive Energy Service Co, Huhhot 010000, Inner Mongolia, China
^4.Jining Normal University, Ulanqab 012000, Inner Mongolia, China

Received:2024-01-11 Revised:2024-01-26 Online:2024-06-28 Published:2024-06-26
Contact: Guangchen LIU E-mail:jindongdong1117@163.com;liugc@imut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

随着新能源渗透率的提高，电力系统频率稳定性问题愈加严重。本文提出一种改进飞轮储能辅助风电场一次调频的控制策略，分析风储系统的频率特性和容量配置，风电场采用虚拟惯性控制参与一次调频。由于风电场的输出功率根据自然风速随机变化，可能会导致飞轮长期运行至较高或较低转速的状态，在风速骤变时甚至会引起飞轮转速越限。采用虚拟下垂控制结合模糊规则防止飞轮转速越限，从而弥补风电场在一次调频中的功率缺额。通过仿真分析及实验验证阶跃扰动和连续扰动的工况下的频率特性，得出改进控制策略在阶跃扰动和连续负荷扰动2种工况下最大频率偏差更小、响应速度更快的结论。

关键词: 风电场, 一次调频, 飞轮储能, 最大频率偏差, 响应速度

Abstract:

With the increasing integration of new energy sources, the issue of frequency stability in power systems is becoming more severe. This study proposes an improved control strategy for primary frequency regulation of a flywheel energy storage–assisted wind farm. Herein, the frequency characteristics and capacity configuration of a wind-storage system are analyzed. The wind farm adopts virtual inertia control to participate in primary frequency regulation. However, due to random variations in the natural wind speed, the output power of the wind farm may cause flywheels to operate at high or low speeds for prolonged durations. In cases of abrupt changes in the wind speed, the flywheel may even exceed its speed limit. To prevent the overspeeding of the flywheel, virtual droop control is employed along with fuzzy rules to compensate for the power deficit of the wind farm in the primary frequency regulation. Simulation analysis and experimental validation under step and continuous load disturbances show that the improved control strategy exhibits smaller maximum frequency deviation and faster response speed in both disturbance scenarios.

Key words: wind farm, primary frequency regulation, flywheel energy storage, maximum frequency deviation, response speed

中图分类号:

TK 02

金都, 刘广忱, 孙博文, 黄天园, 张建伟, 田桂珍, 荆丽丽. 计及风电场的飞轮储能一次调频控制策略[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(6): 1911-1920.

Du JIN, Guangchen LIU, Bowen SUN, Tianyuan HUANG, Jianwei ZHANG, Guizhen TIAN, Lili JING. Primary frequency modulation control strategy for flywheel energy storage counting and wind farms[J]. Energy Storage Science and Technology, 2024, 13(6): 1911-1920.

图/表 27

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

表1

模糊规则表"

$Δ f$	$Δ P 1$
$Δ f$	$V$ =NB	$V$ =NM	$V$ =NS	$V$ =ZO	$V$ =PS	$V$ =PM	$V$ =PB
NB	NS	NS	NM	NM	NM	NB	NB
NM	NS	NS	NS	NM	NM	NB	NB
NS	ZO	ZO	ZO	ZO	NS	NS	NS
ZO	PS	PS	PS	ZO	NS	NS	NS
PS	PS	PS	PS	ZO	ZO	ZO	ZO
PM	PB	PB	PM	PM	PS	PS	PS
PB	PB	PB	PM	PM	PM	PS	PS

表1

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

图 16

图 17

图 18

表 2

阶跃负荷扰动下的系统频率评价指标"

控制方法	$Δ f m a x$ $/ H z$	$Δ f s$ $/ H z$
虚拟下垂	1.16	-1.15
改进策略	1.155	-1.15

表 2

表 3

阶跃负荷扰动下的出力评价指标"

控制方法	$t d$ $/ s$	$t u p$ $/ s$	$t s$ $/ s$
虚拟下垂	0.064	0.576	0.64
改进策略	0.06	0.54	0.6

表 3

图19

图 20

图 21

图 22

图 23

图 24

参考文献 9

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计及风电场的飞轮储能一次调频控制策略

Primary frequency modulation control strategy for flywheel energy storage counting and wind farms

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