摘 要
随着全球能源结构转型的加速，风电等可再生能源在电力系统中的渗透率持续提升，然而风电的间歇性和随机性对系统的频率稳定性带来了严峻挑战。为应对这一问题，本文聚焦于含风电场电力系统的调频控制策略优化，旨在通过改进控制方法以提高系统的频率调节能力和运行经济性。研究基于风电出力特性分析，提出了一种结合储能系统与传统发电机组的协同调频控制策略。该策略利用储能系统的快速响应特性补偿风电波动，并通过优化算法合理分配调频任务，从而降低传统机组的调节负担并减少燃料消耗。具体而言，本文构建了包含风电场、储能系统和同步发电机的综合调频模型，并采用多目标优化方法对控制参数进行寻优，以实现频率偏差最小化和运行成本最优化的双重目标。仿真结果表明，所提策略能够显著改善系统的频率动态特性，在风电出力波动较大的情况下仍能保持较高的频率稳定性，同时有效降低了系统的运行成本。此外，本文创新性地引入了储能系统的分层控制机制，进一步提升了其在调频过程中的灵活性和效率。研究结论为高比例风电接入场景下的电力系统调频提供了新的思路和技术支持，具有重要的理论价值和实际应用前景。关键词：风电调频；储能系统；协同控制；频率稳定性；多目标优化
Abstract
With the accelerating global energy structure transition, the penetration rate of renewable energy sources such as wind power in power systems continues to increase. However, the intermittency and randomness of wind power pose severe challenges to the frequency stability of the system. To address this issue, this study focuses on optimizing the frequency regulation control strategy for power systems with wind farms, aiming to improve the system's frequency regulation capability and operational economy through enhanced control methods. Based on an analysis of wind power output characteristics, a collaborative frequency regulation control strategy combining energy storage systems with conventional generating units is proposed. This strategy leverages the rapid response characteristics of energy storage systems to compensate for wind power fluctuations and employs optimization algorithms to reasonably allocate frequency regulation tasks, thereby reducing the adjustment burden on traditional units and minimizing fuel consumption. Specifically, an integrated frequency regulation model incorporating wind farms, energy storage systems, and synchronous generators is constructed, and a multi-ob jective optimization method is adopted to optimize control parameters, achieving dual ob jectives of minimizing frequency deviation and optimizing operational costs. Simulation results demonstrate that the proposed strategy significantly improves the frequency dynamic characteristics of the system, maintaining high frequency stability even under conditions of significant wind power output fluctuations while effectively reducing operational costs. Additionally, this study innovatively introduces a hierarchical control mechanism for energy storage systems, further enhancing their flexibility and efficiency during the frequency regulation process. The conclusions of this research provide new insights and technical support for frequency regulation in power systems with high wind power integration, offering important theoretical value and practical application prospects..
Key Words：Wind Power Frequency Modulation；Energy Storage System；Collaborative Control；Frequency Stability；Multi-ob jective Optimization
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 含风电场电力系统调频的研究背景与意义 1
1.2 国内外含风电场电力系统调频控制策略研究现状 1
1.3 本文研究方法与技术路线 2
第2章 含风电场电力系统调频特性分析 3
2.1 风电接入对电力系统调频的影响 3
2.2 含风电场电力系统的频率动态特性 4
2.3 调频需求与风电场响应能力评估 4
2.4 系统调频性能指标体系构建 5
第3章 含风电场电力系统调频控制策略设计 6
3.1 基于风电特性的调频控制框架构建 6
3.1.1 风电场功率波动特性分析 6
3.1.2 控制框架的基本原理 6
3.1.3 控制目标的设定与优化 7
3.1.4 框架中各模块的功能划分 7
3.2 分布式调频控制策略设计 7
3.2.1 分布式控制架构概述 7
3.2.2 风电场参与调频的控制逻辑 8
3.2.3 控制参数的选取与优化 8
3.2.4 算法实现与仿真验证 8
3.3 多源协同调频控制策略设计 9
3.3.1 多能源协调机制分析 9
3.3.2 风电与其他电源的协同控制模型 9
3.3.3 协同控制中的约束条件处理 10
3.3.4 实时调度与控制策略优化 10
3.4 调频控制策略的经济性分析 10
3.4.1 成本效益评估模型构建 10
3.4.2 不同策略下的经济性对比 11
3.4.3 经济性优化的关键因素分析 11
3.4.4 政策支持对经济性的影响 11
第4章 含风电场电力系统调频控制策略仿真与验证 13
4.1 仿真平台搭建与数据准备 13
4.1.1 仿真环境的选择与配置 13
4.1.2 数据采集与预处理方法 13
4.1.3 风电场模型的建立与校验 14
4.1.4 系统参数设置与边界条件定义 14
4.2 调频控制策略的静态性能测试 14
4.2.1 静态测试方案设计 14
4.2.2 测试结果分析与评价 15
4.2.3 静态性能优化建议 15
4.2.4 测试中发现的问题及解决方法 15
4.3 调频控制策略的动态性能测试 16
4.3.1 动态测试场景构建 16
4.3.2 动态响应特性分析 16
4.3.3 测试结果的对比与讨论 16
4.3.4 动态性能改进措施 17
4.4 实际案例分析与验证 17
4.4.1 案例背景与数据来源 17
4.4.2 案例中调频策略的应用效果 18
4.4.3 案例结果的总结与反思 18
4.4.4 案例对后续研究的启示 18
结 论 18
参考文献 20
致 谢 21
