考虑最优运行点的超速风电机组调频控制策略

风电机组凭借超速控制预留备用容量,可以同时实现惯性响应和一次调频2个控制目标.传统的控制策略往往对机组的备用容量利用不足,尚未发挥出超速风电机组的最大调频优势.为此,在深入研究超速风电机组频率控制的基础上,分别分析惯性响应和一次调频与稳态运行点的关系,提出了考虑最优运行点的超速风电机组调频控制策略.该控制策略通过调频能量模型求解出不同风速下的最优运行点,充分利用风电机组的备用容量参与频率调整,以实现频率跌落速度、深度和稳态偏差之间的优化协调.在DIgSILENT中搭建系统仿真模型进行验证,结果表明所提控制策略能够改善不同风速下系统动态频率响应特性,同时可保证风电机组自身运行的稳定性.     

考虑风机一次调频的风电高占比电网机组组合

随着风电大规模、高渗透率接入电网,单纯常规机组一次调频已难以满足系统调频需求,迫切需要风电参与一次调频。文中在风机调频控制研究的基础上,提出一种考虑风机参与系统一次调频的机组组合模型。该模型通过加入稳态频率、频率最低点和频率变化率为约束条件,确保含风电电力系统预留足够的备用容量以支撑一次调频。文中采用大M法将非线性模型转化为混合整数线性规划模型,并调用Matlab中CPLEX程序包求解。最后,在IEEE 39节点系统上验证了该模型的有效性。仿真结果表明,该模型能提升系统承受负荷扰动的能力,从而满足更大负荷扰动下系统一次调频的备用需求。     

考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法

随着新能源渗透率逐步提高,系统在大功率扰动下的频率稳定问题日益严峻,限制了系统新能源的消纳能力。为了合理规划新能源的接入容量,亟需对系统的最小惯量和一次调频容量进行评估。为此,针对大功率扰动下惯量响应与一次调频响应间的相互作用进行了研究。首先,以传统单机模型为基础,推导出了计及调频死区的频率响应过程表达式。然后,以扰动后的最低频率限值为动态频率稳定约束条件,建立了系统最小惯量与一次调频容量评估模型,估算了系统最小功频静态特性系数和最小惯性时间常数,计算并绘制了惯量响应和一次调频响应的功率曲线。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中搭建了IEEE 10机39节点模型,验证了所提最小惯量与一次调频容量评估方法的准确性和研究价值。     

储能参与风电一次调频的容量优化

风电高渗透率下的电力系统运营商要求风电场提供一次调频服务,风电机组通过变桨控制可以提供一定的调频备用,但风电场长期降额运行降低了经济效益。本文提出储能参与风电场一次调频,将风电机组变桨控制与储能控制相结合,使风电场具备类似于传统电源的一次调频能力。提出了基于机会约束规划的储能容量优化方法,建立以风储系统运行成本最小为目标,以满足一次调频需求为约束的优化模型,采用置信水平实现风储系统在调频可信度和运行成本之间的折中。分析了典型参数对储能配置容量的影响。研究结果表明,所提出的方法降低了储能的配置容量,提高了储能参与风电一次调频的经济性。     

计及深度调峰与一次调频的风火负荷优化分配

传统机组已经不能满足因新能源渗透率提高而导致的电网调峰和调频需求的大幅增加。文中提出了一种考虑深度调峰与一次调频的风火联合负荷优化分配模型。首先分析了火电机组的深度调峰能力、一次调频能力与两者之间的关系。其次,在三种运行场景下分析了风电机组的对于一次调频的贡献,并分析了风电机组一次调频备用与反调峰特性的联系。最后建立了风火联合参与调频下最优负荷分配模型以满足经济最优,并引入鲁棒优化模型以考虑风速与负荷的不确定性。仿真中以相同装机容量下30%与50%风电渗透率为例验证模型的有效性。结果表明该负荷分配模型在保证电网的一次调频备用的情况下,一定程度上缓解了电力系统的调峰压力。     

影响风电一次调频能力的参数选取

变速风力发电机本身没有频率调节能力,因此随着孤岛运行的微电网中风电渗透率的增加,系统频率调节能力越差,提出在风电机组转子侧附加虚拟惯量和转速控制环节使风力发电机主动响应频率变化,参与系统的一次频率调节,由于风电调频效果受多个因素的影响,因此要达到最佳的调频性能就需分析影响风电调频能力的参数并选取合适的参数值。通过增大微电网中风电渗透率验证所提控制策略对提高系统频率稳定性的作用,并分析风电机组与常规同步发电机的一次频率调节系数以及风电机组预留的备用大小对微电网一次频率调节的影响,通过仿真,选取合适的调频参数从而充分发挥风电机组的调频能力,减轻同步发电机的调频压力,增强系统的频率调节特性。     

微电网一次调频备用容量与储能优化配置方法

分析了柴油机、风电机组、储能系统等微电源在微电网孤岛运行时的一次调频特性与备用成本,将储能配合风电机组参与微电网一次调频,使风电机组具有类似同步发电机的一次调频能力。建立了以一次调频备用成本最小为优化目标的机会约束规划模型。通过神经网络处理风速随机变量,并采用权重改进的线性递减粒子群算法进行求解,得到满足不同置信度的风电减载百分比、柴油机调差系数和储能装置最优配置方案。最后,以某微电网作为算例,验证了所提模型与算法的有效性。     

基于风机调频特性的储能配置方法及协调运行策略

针对大规模风电机组(wind turbine,WT)接入电网,导致电网惯量响应能力和调频备用容量不足,进而造成电网频率稳定性下降的问题,文章提出一种风储系统与等容量同步发电机等惯量响应能力的储能(energy storage,ES)配置方法。方法旨在实现WT取代同步发电机接入电网前后,电网惯量响应能力和调频能力不变。并在此基础上,根据WT在不同风速下,具有不同的调频能力这一特性,文章进一步提出了风储协调控制策略,该策略既能在低风速下提供惯量响应支持,又能在中风速下辅助WT转速恢复,避免频率二次跌落。仿真结果表明,仅配置风电场额定功率5%的容量,既可补偿电网惯量响应能力,又能满足WT转速恢复所需功率,大大提升了电网频率运行稳定性。     

含大规模风电的高压直流送端系统多源协同调频策略

针对含大规模风电的高压直流送端系统异步联网情况下频率易越限问题,提出了一种基于预测模型的多源协同调频策略。分析风电渗透率及高压直流外送功率占比对频率调整的影响,对不同扰动下各种调频措施的协调配合进行探讨。在长时间尺度上考虑高压直流输电的区域控制偏差约束,优化设置风电机组和火电机组的旋转备用容量;在短时间尺度上考虑电力电子器件的快速可控性,动态调整风电机组及高压直流输电的协同调频参数,使系统频率运行在合理水平。将预测模型得到的频率偏差根据大小进行分区,对不同区域采用不同的调频策略,保证送端系统的旋转备用容量合理及频率动态响应指标合规。基于PSCAD/EMTDC平台搭建含风电高压直流送端系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性及准确性。     

基于风电机组频率主动支撑的多时间尺度调频控制策略

针对大规模风电经特高压直流外送系统送端惯量降低、调频能力下降等问题,提出了一种双馈风电机组与同步机组共同支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,有效提升了系统频率稳定性。根据同步机组调频备用容量与扰动功率分析了不同场景下送端系统的频率调节需求,提出了计及调频死区的双馈风电机组频率主动支撑多时间尺度协调控制策略,通过限幅环节及切换逻辑的合理设计实现了变速控制与桨距角控制的协调配合。基于同步机组备用容量设计了双馈风电机组的调频死区值,使其能够针对不同场景自适应切换惯量支撑和一次调频作用,实现调频资源的优化利用。然后分析了双馈风电机组与同步机共同参与频率调节的动态响应过程,进一步证明其优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了大规模风电经特高压直流外送系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

集群空调负荷提供微电网调频备用研究

微电网中空调负荷所占比例逐年增长,集群空调负荷提供备用容量潜力巨大。为准确描述集群空调负荷功率需求特性,根据空调负荷工作过程热交换平衡原理建立基于一阶物理模型的集群负荷模型。考虑负荷响应特性,提出集群负荷目标温度设定值与系统频率线性响应关系的负荷调频模型,通过调整集群负荷目标温度提供调频备用,降低对用户舒适度影响。仿真结果表明,集群负荷参与微电网调频具有可行性和实用性,为负荷侧参与微网运行控制提供基础。     

计及调速系统详细模型和调频备用的大扰动下频率最低值预测方法

随着新能源占比的提升,系统惯性降低、调频资源减少,系统频率稳定问题严峻。因此在新型电力系统运行方式多变的背景下,如何快速精准评估大功率扰动下系统频率安全指标显得尤为重要。其中频率最低值指标由于与多种参数存在高度非线性且无法显式表达的量化关系而难以实现快速准确预测,是频率稳定安全指标评估的研究重点。然而,目前频率最低值快速预测方法难以考虑调频备用的影响。为此,基于系统频差曲线抛物线近似的假设,对平均系统频率(average system frequency, ASF)模型进行开环解耦,进一步得出系统频率最低值时间与调速器输出功率之间的量化关系,最终实现考虑调频备用容量的频率最低值快速预测方法。该方法在小系统和ACTIVSg2000算例上的预测精度分别为99.28%和97.71%,算例结果证明了算法的有效性。该方法对频率安全约束下机组组合、频率稳定控制措施的有效性评估以及频率稳定约束下系统新能源运行承载能力评估等问题具有重要意义。     

提升火电机组一次调频性能的火电-储能一体化系统研究

提出了一种火电-储能一体化系统的构造方法,并设计了协同调频控制策略以改善火电机组一次调频性能。在严重有功扰动场景下,利用储能装置的快速响应能力提升了火电机组的一次调频响应速率,改善系统频率跌落深度。在负荷日常波动场景下,利用储能装置响应一次调频指令的高频分量,抑制了火电机组一次调频功能的频繁动作。此外,提出了储能能量恢复控制策略,采用火电充裕的能量恢复储能荷电状态,避免储能的过度充放。算例分析表明,所提方法可有效提升火电机组的一次调频性能,并能够有效维持运行过程中储能的荷电状态。     

电力网络调频容量释放过程及其指标体系

对IEEE 30节点算例系统进行仿真并建立了调频容量释放指标体系，分析了调频备用容量的释放是否能满足系统要求和调频容量释放过程中的受阻原因。提出的指标体系能反映网络负荷跟踪能力，识别调频备用的有效性，可为调度员调频备用提供必要信息，能对一、二次调频过程中的差异进行解耦量化，可为电力市场环境下调频服务合理付费提供依据。     

基于有功备用的风电机组一次调频能力及调频效果分析

变速风电机组采用超速和变桨调节实现有功备用,通过下垂控制增发有功出力,可参与电网一次调频。基于风机出力对频率变化的增量,定义有无风电调频下的稳态频率偏移之差,以量化风电机组对减小频率偏移的贡献。发现风电调频能力与风电容量比例、风能大小、减载水平有关,调频效果与同步机组频率响应特性和电网负荷增量有关,确定了充分利用风电备用容量的负荷临界增量。稳态和动态仿真结果验证了不同风速下有功备用风电机组对电网频率的调节作用,发现高风速下风机动态过渡过程要比中低风速时快速。     

变速风力发电机组调频控制策略研究

根据变速风力发电机组的运行特点,提出一种调频备用功率控制策略。在正常情况下,调整机组最优功率-转速曲线,使机组运行在次优功率捕获曲线上,减少一部分有功输出,留作调频备用功率;当系统频率变化时,通过调节桨距角和机组有功功率参考值,改变风电机组有功输出,参与系统频率调整。通过一个具体仿真算例分析了风电机组增加惯性响应控制、一次调频控制与备用功率控制等多种控制环节对系统频率的调节作用,并研究了当频率突变时有无AGC控制对风电机组调节特性的影响。     

区域新能源电力系统AGC调频容量实时评估方法

针对高比例可再生能源接入下电力系统惯量水平持续降低、弱频率调节能力会危及电网安全运行等问题，提出一种区域新能源电力系统自动发电控制AGC(automatic generation control)调频容量实时评估方法，以确定控制区的AGC调频能力分析需求。首先，依据AGC调频容量考核标准，梳理调频容量的主要影响因素，并获取调频容量、调频标准差与调频表现间的联系。其次，综合应用传统机组、负荷、新能源、联络线历史数据，基于极限学习机ELM(extreme learning machine)模型预测调频标准差，利用调频表现达标概率分布确定区域电力系统的调频容量。最后，以河北某电网为例进行AGC调频容量的评估，验证了所提方法 AGC调频容量更小，调频表现更优，具有更好的安全性和经济性。     

CCS参与的火电机组一次调频能力试验研究

火电机纽投入机炉协调方式运行后，数字电液控制系统(DEH)内部实现的一次调频功能被机组的协调控制系统(CCS)作为系统内扰很快克服，在电网发生事故，系统频率持续偏离时，无法达到电力系统一次调频的目的，提出利用CCS与DEH侧一次调频回路在调节特性与作用时序上的互补性，实现快速持久的一次调频。采用选取典型机组进行对比试验的方法，实施并完善了新的一次调频方案，验证了该方案使一次调频功能在保持快速性的同时，能在电网频率偏离的情况下持续作用，并使一次调频的能力得到加强。通过对典型机组现场试验的结果分析，确认新方案下机组的调节品质可满足运行的安全性要求。     

水火电力系统一次频率调节的协调控制方法

电力系统频率是电力系统运行参数中最重要的参数之一,机组一次调频作用成为稳定电网频率的关键因素。本文从频率动态过程及发电机组一次调频机理出发,充分考虑负荷频率特性、频率一次调节备用容量特性、发电机调速器响应特性和不平衡功率分配问题,从而建立互联区域发电机组的一次调频数学模型,该模型可以用于分析不同类型发电机组在频率一次调节的电力系统频率动态变化过程和足够准确的评估发电机的机械功率对应值与负荷频率之间的关联关系。具有不同类型能源机组的电力系统利用连续时间系统的传递函数模型来研究负载扰动下频率响应动态过程及其各发电机组参数的特性。     

汽轮机调频方式对一次调频性能的影响

电网负荷的供需失衡引起电网频率变化时，电网中并列运行已投入一次调频的机组，将自动参加一次调频，承担一定负荷变化，以减少电网频率改变，维护电网稳定运行。各机组选择不同的调频方案和不同的运行方式，对机组的调频性能有一定的影响，以125MW汽包锅炉机组为例进行分析。