Оценка влияния ветроэлектростанций на изменение суммарной инерции электроэнергетической системы

Цель - определить степень воздействия разной доли ветроэнергетических установок 4-го типа в общем объеме генерации на параметры асинхронного режима электроэнергетической системы. Воспроизведение процессов в электроэнергетической системе производится с помощью Всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем, представляющего собой многопроцессорную программнотехническую систему. Разработана модель электроэнергетической системы, включающая помимо традиционных источников генерации ветроэлектростанцию, объединяющую в себе варьируемое количество ветроэнергетических установок 4-го типа. В системе автоматического управления ветроэнергетической установки реализован контур управления (по активной мощности и напряжению) с дополнительным регулятором виртуальной инерции. По результатам анализа изменения параметров асинхронного режима при использовании алгоритма виртуальной инерции установлено, что время развития асинхронного режима по защищаемой линии сократилось максимально на 0,1 с. Однако время первого цикла асинхронного хода между двумя генераторами в послеаварийном режиме увеличилось в 2 раза: при мощности ветроэлектростанции 100 МВт время асинхронного хода составило 0,36 с (без алгоритма виртуальной инерции), и 0,74 с - с алгоритмом виртуальной инерции. Экспериментально подтверждено, что с ростом мощности ветроэлектростанции уменьшается время развития асинхронного режима и время, за которое традиционные генераторы выпадают из синхронизма. Последнее подтверждено фактом влияния работы ветроэнергетических установок 4-го типа в энергосистеме на суммарную инерцию: ее значение изменилось в интервале от 8,745 до 5,478 с. Исследование функционирования алгоритма виртуальной инерции подтвердило его воздействие на электромеханические переходные процессы в энергосистеме: наиболее благоприятный эффект замечен при значении виртуальной инерции равном 2 с и мощности ветроэлектростанции 100 МВт.

1. Герасимов А.С., Есипович А.Х., Смирнов А.Н. Об опыте верификации цифровых и физических моделей энергосистем // Электрические станции. 2010. № 11. С. 14-19.

2. Akhmatov V., Nielsen A.H., Pedersen J.K., Nymann O. Variable-speed wind turbines with multi-pole synchronous permanent magnet generators. Part I: Modelling in Dynamic Simulation Tools // Wind Engineering. 2003. Vol. 27. Iss. 6. P. 531-548. https://doi.org/10.1260/030952403773617490

3. Erlich I., Wilch М. Primary frequency control by wind turbines // 3rd IEEE PES ISGT Europe (Berlin, 14-17 October 2012). Berlin: IEEE, 2012. Р. 2-17.

4. Gautam D., Goel L., Ayyanar R., Vittal V., Harbour T. Control strategy to mitigate the impact of reduced inertia due to doubly fed induction generators on large power systems // IEEE Transactions on Power Systems. 2011. Vol. 26. Iss. 1. Р. 214-224. https://doi.Org/10.1109/TPWRS.2010.2051690

5. Fernandez-Guillamon А., Gomez-Lazaro E., Muljadi E., Molina-Garcia A. Power systems with high renewable energy sources: A review of inertia and frequency control strategies over time // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 115. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109369

6. Ellis A., Kazachkov Y., Muljadi E., Pourbeik P., Sanchez-Gasca J.J. Description and technical specifications for generic WTG models - A status report // IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition. 2011. https://doi.org/10.1109/PSCE.2011.5772473

7. Agrawal R., Bharradwaj S.K., Kothari D.P. An Educational and professional simulation tools in power systems and FACTS controllers - «An Overview» // International Journal of Electrical, Electronics and Computer Engineering. 2013. Vol. 2. Iss. 2. P. 91-96.

8. Ackermann T. Wind power in power systems. 2nd ed. Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons, 2012. 1049 p. https://doi.org/10.1002/0470012684

9. Стычинский З.А, Воропай Н.И Возобновляемые источники энергии: теоретические основы, технологии, технические характеристики, экономика. Магдебург: MAFO, 2010. 223 с.

10. Morren J., De Haan S.W.H., Kling W.L., Ferreira J.A. Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control // IEEE Transactions on Power Systems. 2006. Vol. 21. Iss. 1. P. 433-434. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2005.861956

11. Muljadi E., Yin Cheng Zhang, Gevorgian V., Kosterev D. Understanding dynamic model validation of a wind turbine generator and a wind power plant // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) (Milwaukee, 18-22 September 2016). Milwaukee: IEEE, 2016. P. 1-5. https://doi.org/10.1109/ECCE.2016.7855542

12. Clark K., Miller N.W., Sanchez-Gasca J.J. Modeling of GE wind turbine-generators for grid studies. New York, 2010. [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/267218696_Modeling_of_GE_Wind_Turbine-Generators_for_Grid_Studies_Prepared_by.(25.09.2020).

13. Wachtel S., Beekmann A. Contribution of wind energy converters with inertia emulation to frequency control and frequency stability in power systems // 8 International Conference Workshop on large-scale integration of wind Power into Power systems as well as on transmission networks for offshore wind farms (Bremen, 14-15 October 2009). Bremen, 2009. Р. 460-465.

14. Gonzalez-Longatt F. Impact of emulated inertia from wind power on under-frequency protection schemes of future power systems // Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2016. Vol. 4. P. 211-218.

15. Michalke G., Hansen A.D., Hartkopf T. Control strategy of a variable speed wind turbine with multipole permanent magnet synchronous generator [Электронный ресурс]. URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.470.6144&rep=rep1&type=pdf(25.09.2020).

16. Negnevitsky M., Voropai N., Kurbatsky V., Tomin N., Panasetsky D. Development of an intelligent system for preventing large-scale emergencies in systems // Power and Energy Society General Meeting (Vancouver, 21-25 July 2013). Vancouver: IEEE, 2013. P. 1-5. https://doi.org/10.1109/PESMG.2013.6672099

17. Гусев А.С., Хрущев Ю.В., Гурин С.В., Свечкарев С.В., Плодистый И.Л. Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем // Электричество. 2009. № 12. С. 5-8.

18. Andreev M.V., Gusev A.S., Ruban N., Suvorov A., Ufa R., Askarov A., et al. Hybrid real-time simulator of large-scale power systems // IEEE Transactions on Power Systems. 2019. Vol. 34. Iss. 2. P. 1404-1415. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2018.2876668

19. Разживин И.А., Рубан Н.Ю., Аскаров А.Б., Уфа Р.А. Разработка программно-технических средств моделирования ветроэнергетической установки 4 типа. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 1. С. 183-194. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-1-183-194

20. Разживин И.А., Рубан Н.Ю., Суворов А.А., Уфа Р.А., Аскаров А.Б., Рудник В.Е. [и др.]. Разработка физической модели статического преобразователя напряжения ВЭУ 4 типа в рамках гибридного подхода // Интеллектуальная электротехника. 2020. № 1. С. 85-97. https://doi.org/10.46960/2658-6754_2020_1_85