含双馈风电场的频率联动定价控制：ALFC和AVR系统的研究

工程科学与技术，国际期刊23（2020）325完整文章频率联动定价控制对含双馈风电场的ALFC和AVR系统的贡献Aditi Guptaa，Yajvender Vermaa，Amit Chauhanba印度昌迪加尔，旁遮普大学，UIET，电气电子工程系b印度昌迪加尔旁遮普大学机械工程系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2018年6月19日收到2019年5月16日修订2019年6月20日接受在线提供2019年保留字：频率控制电压控制与频率挂钩的定价控制双馈感应发电机A B S T R A C T本文提出了频率联动定价控制（FPC）方案参与多区域电力系统的频率和电压控制辅助服务，该系统具有自动负载频率控制（ALFC）回路和自动电压调节器（AVR）回路，并与基于双馈感应发电机（DFIG）的风电场集成。通过将线性化ALFC系统扩展到包括使用AVR回路的励磁模型，显示了两个回路之间的互耦效应。基于可用性电价（ABT）机制的FPC用于在电力系统中的小负荷扰动下提供二次控制以将频率和电压复位到其标称值。动态参与DFIG基于风电场示出了通过使用修改的惯性控制方案，以快速注入有功功率到电力系统中，从而在瞬态条件下逮捕频率和电压的偏差。结果表明，FPC环境下双馈风电机组协调动作能减小系统的动态频率和电压响应与标称值的偏差，从而改善系统的动态频率和电压响应。©2019 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍在现代电力市场中，ALFC作为一种辅助服务，在与AVR回路协调实现系统的频率和电压调节时变得更具挑战性。电力系统的频率依赖于其实际输出功率，它们的偏差通过ALFC回路通过调速器动作来消除。另一方面，系统的端电压取决于其无功功率，其偏差通过发电机励磁系统的AVR回路减轻[1]。早先，AVR回路被认为比ALFC回路快得多，因为其励磁系统中的励磁绕组时间常数比ALFC系统中因此，AVR回路中的振荡更快地稳定，并且发现两个回路不相互作用[1，2]。但在实际情况下，AVR回路与ALFC回路存在可考虑的相互作用，尽管据报道其为弱耦合效应[3，4]。最近，很少有研究人员考虑两个环路之间的互耦效应。基于闪电搜索算法的多区域多电源互联系统频率电压联合控制*通讯作者。电子邮件 地址： aditigupta@pu.ac.in（A.Gupta），yp_verma@pu.ac.in（Y.P. Verma），drchauhan98@pu.ac.in（A.Chauhan）。由Karabuk大学负责进行同行审查在[3]中已经报道了基于经典控制器。文献[4]讨论了阻尼绕组在单区域电力系统ALFC 和AVR 设计中的作用。在[5]中，使用协调的FACTS和能量存储装置研究了组合的多区域ALFC和AVR系统。自激低频振荡是电力系统稳定性问题的原因之一，实际上是由于ALFC和AVR回路之间的相互作用而发生的[6，7]。在这方面的研究很少当今时代是更绿色、更清洁能源的时代。一种这样的有前途的来源是风力能源，其减少了基于消耗燃料的传统发电厂的发电负担。然而，这些风力发电机具有与传统发电机不同的动态和惯性特性。在小负载扰动的情况下，它们的动能将不再可用于支持电力系统的电压和频率。传统风力发电机组的所有这些问题都带来了一些先进的技术，如基于DFIG的风力发电机组。在[8]中讨论了用于频率控制的双馈风力发电机组的基于可释放动能的惯性控制。在[9]中已经证明了使用模糊逻辑控制器在具有DFIG风力单元的电力系统中进行频率调节。储能装置和双馈发电机的频率特性评价https://doi.org/10.1016/j.jestch.2019.06.0082215-0986/©2019 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch326A. Gupta等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）325Xse在[10]中研究了多源放松管制电力系统的调节服务。开关角控制器[11]和转矩限制控制器[12]已用于基于双馈风力发电机的AGC和频率调节。Ziegler–Nichols method based PID controller has been used indynamic participation of DFIG for frequency regulation services为了规范和改善电网的频率纪律，印度中央电力监管委员会（CERC）引入了一种新的电价体系，称为ABT[W1]。它通过不定期交换（UI）价格信号，激励发电商在高峰负荷时段增加发电量，并在非负荷时段减少发电量[14]。在文献[15]中提出了一个数学框架来证明ABT机制在电力系统AGC中的作用。 这种FPC方案已有效地用作二次控制多区域调节电力系统中的AGC[16，17]。这种与二次控制相同的方案已扩展到两区域系统中的频率控制的放松管制电力系统[18]。到目前为止，FPC环境下基于DFIG的风电场的作用已经被研究用于在小负荷变化后调节电力系统频率同样的方案在电力系统ALFC和AVR回路的频率电压协调控制中还没有得到应用。考虑到所有这些问题，本文的主要目的是分析和评估在FPC环境的影响下，多区域电力系统中基于双馈风力发电机的风电场的频率和电压控制性能分析了变负载条件下的系统瞬态响应，并比较了ALFC和AVR回路采用比例积分（PI）控制器和FPC方案进行二次控制的情况。通过将双馈发电机置于控制区1并将其从控制区2中移除，反之亦然，进一步证明了双馈发电机通过模拟惯性控制方案参与频率控制在MATLAB8.5.0[W2]的SIMULINK工具箱中建立了仿真模型并进行了研究。文章的其余部分包括以下几个部分：数学模型，被调查的系统，仿真结果和讨论和结论。2. 数学模型本文介绍了双馈风力发电机在FPC体制下对频率和电压控制的作用。为此，各种模拟模型的描述如下：2.1. ALFC和AVR组合模型单区域电力系统的ALFC和AVR回路的组合模型如图1所示。AVR回路的主要元件有放大器、励磁系统、发电机励磁绕组和传感器.传感器的功能是定期检测系统的实际端电压，并将其与参考电压进行比较，以产生误差电压（如果有）。然后，该误差电压由放大器放大，以控制发电机励磁绕组[1，2]的励磁电压（E0）。AVR回路的控制动作影响E0，E0（一）.P Vj. E0。sind1式中，V为机端电压，d为转子转角，XS为发电机同步电抗。在电力系统中的小负载变化之后，频率偏差由系统的实际功率输出来控制，该实际功率输出进一步取决于如等式（1）所给出的终端电压（一）. 它清楚地描述了AVR回路的控制动作对频率和电压控制的ALFC回路的影响[4]。在小的负载扰动之后，频率偏差引起小的转子角度变化d，实际功率变化由方程给出。（二）、dPe¼S0ddK1E02B1/RdPD__控制器PG++_州长涡轮dPe2人/女S++dK1K2K4Vref控制器_++dVfV_+EK3+放大器励磁机发电机磁场传感器图1.一、单区域电力系统的ALFC和AVR组合模型A. Gupta等人/工程科学与技术，国际期刊23（2020）325327_f1sTf式中，S0为同步功率系数，K1为转子转角不变时功率随E0变化的变化。终端电压-加载条件、系统频率变化和新频率由等式（五）、年龄V包括两个组成部分。一个是Vq，称为q轴电压分量，随E0增加，第二个是Vd，称为d-f新¼f旧df轴电压分量随d的增加而增加。 的关系由Eq给出。（三）、V¼K3E0K 2dd 3其中，K3是在恒定转子角下随E0变化的V变化，K2是在恒定E0下随d变化的V变化。此外，E0的变化的原因是场电压dVf的变化和d的变化，这由等式2给出。（4）.E0¼。dV-K4dd KfΣð4Þ式中，K4为d小变化时E0的变化量，Kf和Tf为发电机磁场的增益和时间常数。ALFC回路由调速器、汽轮机和发电机模型组成。在[6，7，19]中详细讨论了它们的建模。2.2. 基于ABT机制的FPC方案在印度引入的一种最商业化和最重要的机制是ABT机制，它有三个组成部分，即：容量费用、能量费用和UI费用。旧的电价系统包括前两种费用，但ABT引入的新费用是UI费用，如果GENCO和DISCO分别偏离其计划发电和需求，则对它们征收UI这些费用由CERC决定，并根据2018年2月的法规[W1]从图2（a）所示的基于频率的UI曲线中获得。根据这些规定，发电公司必须在高峰负荷时段分别为功率注入不足或过度注入支付罚款或获得奖励。类似地，DISCO必须在高峰负荷时间期间分别为过度抽取或不足抽取电力支付罚款或获得奖励。 在基于ABT的FPC方案中，常规的初级控制回路通过自调节调速器机制控制频率，次级控制结合了基于位置边际价格的基于UI价格信号的频率控制，如图所示。 2（b）. MATLAB编码完成计算UI价格按照图。 2（a），并在FPC块中用于互联电力系统中的二次控制。电力系统中有一项规定是在调度中心对系统频率进行定期监测。在经历了小小的变化之后，在该fnew处，根据图2（a）计算UI电荷Su，并且由等式2（a）给出。（6）如果 f新> 50：05Su¼0： 0INR=kWh 6如果 50： 05f新的49： 85<

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