基于改进频率响应模型的低频减载方案优化

低频减载(under frequency load shedding,UFLS)是防止电力系统频率崩溃的有效手段之一。在经典系统频率响应模型(system frequency response,SFR)的基础上,建立改进频率响应模型,考虑了旋转备用容量、静态负荷模型及水轮机组调速系统的影响,并引入低频减载模块。建立一种基于PV曲线和负荷频率特性的综合指标,指导减载地点的确定及减载量的分配。提出了基于改进频率响应模型及节点综合指标的低频减载方案优化方法。仿真分析表明,改进的频率响应模型能够较好地描述系统有功-频率动态过程,提出的低频减载方案优化方法能够在保证系统频率稳定的前提下,有效地减小切除负荷量及提高频率恢复水平。     

计及动态频率响应约束的高比例风电电力系统机组组合模型

风电具有强不确定性,其大规模并网极大地削弱了电力系统抵御频率波动的能力.为保障高比例风电电力系统的频率安全,该文从电力系统机组组合角度提出改进措施.首先,建立电力系统源-荷-储多主体动态频率响应模型,依此构建电力系统整体动态频率响应模型,并采用全系统等效调速器方法对模型进行简化.在此基础上,进一步提出系统受扰后的最大频率变化率、稳态频差、最大频差计算方法.然后,以系统运行成本最小为优化目标,构建计及动态频率响应的高比例风电电力系统机组组合模型,并提出求解模型的双层优化方法.最后,基于改进IEEE 39节点系统进行算例分析,算例结果表明,所提机组组合模型在改善系统运行经济性的同时,能够有效提高系统的频率安全水平.     

计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

现有的系统频率响应（SFR）模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略，对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足，难以准确地反映出系统频率特性。为此，文中提出一种扩展SFR模型。首先，讨论了风电综合惯性控制的机理，分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着，基于风电机组动力学模型，采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数，构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场，提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法，将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合，构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后，将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明，该模型较好地反映了风电调频对频率的影响，具有较高的精度和较快的计算速度。     

基于模型-数据融合驱动的频率响应分析方法

综合考虑基于模型驱动以及数据驱动的电力系统频率响应分析方法在实时应用中存在的计算速度、计算精度及泛化能力等方面的矛盾，提出了一种基于模型-数据融合驱动的频率响应分析方法。该方法在建模过程中，选取系统频率响应模型作为基于模型驱动的频率初测模型，对系统的频率响应动态过程进行初步预测；选取由粒子群算法优化参数后的极限学习机模型作为基于数据驱动的频率修正模型，对初测频率响应进行误差修正。在保证计算速度的前提下大幅提高计算精度，同时减少模型对样本数据的依赖程度，提高融合模型的泛化能力。通过WSCC 3机9节点测试系统进行仿真算例的设计与分析，验证了该方法可以快速准确地计算扰动后的电力系统频率响应动态过程，并具有良好的泛化能力，可为电网的调度控制提供辅助决策，以防止系统出现频率崩溃事故。     

新型电力系统背景下基于自适应参数估计电力系统惯量快速估计方法

随着“双碳”相关政策在我国的大力推行,新能源渗透率的提高造成了电力系统惯量降低,进而影响了电力系统的稳定性。基于自适应参数估计对高比例新能源系统的惯量进行估计,结合电力系统频率响应模型,构建了描述电力系统动态响应的回归方程。提出了一种基于预定义时间动态回归扩展和混合估计器的参数估计算法,实现对高比例新能源的惯量估计。在改进的某14机59节点中进行了仿真分析,结果表明,所提惯量估计算法能够较好地估计电力系统的惯性常数,并有效提升了电力系统频率的稳定性。     

面向频率响应容量规划的快速随机生产模拟算法

在新型电力系统频率响应容量规划中，由于需要计及频率动态过程而进行时域仿真，已有仅考虑供需功率偏差的随机生产模拟方法已不再适用。针对新型电力系统的多资源结构，设计了包含风电、火电、燃气轮机发电、水电以及储能设备等资源类型的随机生产模拟算法框架，基于参数聚合与惯性环节拟合，建立了多资源的系统频率响应聚合模型，通过系统开环实现对最大频率偏差的解析分析，进而达到频率动态过程快速分析的目标。仿真算例表明：与基于时域仿真的传统方法相比，所提方法在满足计算精度的前提下，计算效率显著提升，可较好地满足快速频率响应备用容量规划制定的需求。     

基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制

根据系统频率波动区间自适应调整风电虚拟惯量参数有利于改善系统频率响应特性.首先分析了典型高比例风电系统频率响应动态过程,进而建立了含风电的电力系统频率响应线性化模型,揭示了风电虚拟惯量参数的变化对系统频率稳定性及动态性能的影响及变化规律,确定了虚拟惯量参数稳定取值范围.在此基础上,提出了一种基于频率响应区间划分的风电机...     

考虑多台异步电机的电力系统频率响应动态等效模型

随着越来越多的可再生能源通过电力电子设备接入电网,电力系统的惯量不断下降,频率波动更加剧烈,同时,在负荷侧存在大量直接并网的异步电机可以提供频率支撑,改善频率响应动态。然而,准确建模如此规模的异步电机需要其详尽参数,并伴随着极高的计算代价。为此,本文提出了一种数据驱动的电力系统频率响应建模方法。该方法首先收集频率响应的历史数据,接下来,将等效惯量和等效阻尼的辨识问题描述为优化问题,优化目标为减少模型与历史数据之间的频率差异,并通过启发式算法高效求解。相较于异步电机的机理模型,所提出的动态等效模型具有不需要异步电机的详尽参数、计算负担小的优点。在修改的IEEE 9节点系统上的仿真验证了所提出方法的有效性,并表明：自身惯量为1.5 s,占负荷侧22%的异步电机负荷为系统提供了9%的等效惯量。     

大规模风电并网条件下考虑动态频率约束的机组组合EI北大核心CSCD

为提高大规模风电渗透的电力系统频率稳定,将风电接入后系统的动态频率响应纳入安全约束机组组合(security-constraint unit commitment,SCUC)框架内,提出考虑动态频率约束的SCUC优化模型。结合风机动态响应,以同步机频率响应模型为基础量化描述风电并网系统动态频率特征。在此基础上,以扰动后的最低点频率为约束量,构建考虑动态频率约束的SCUC优化模型,并引入分段线性化技术改善由动态频率约束引起的非线性特征。基于Benders分解将所提模型分解为传统安全约束下的机组组合主问题和频率越限检测子问题以降低优化计算复杂度。最后,对含风电并网的10机电力系统进行计算分析以验证所提模型的有效性。与传统机组组合结果的对比表明,所提模型能够改善大规模风电并网电力系统频率稳定性。     

考虑频率动态响应实时分区的电力系统惯量在线评估方法

大规模新能源接入电力系统导致系统惯量水平降低,利用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)在线评估系统惯量水平具有重要意义,考虑到电力系统频率动态响应具有分区特性,以区域为单位开展在线惯量评估具备可行性。频率响应分区情况不仅与电网拓扑和参数有关,还与系统运行点、扰动类型和位置有关,固定的分区方案难以保证分区结果满足系统各种运行工况,同时,在实时分区场景下,对惯量参数辨识算法的快速性也提出了更高的要求。分析了电力系统区域惯量在线评估原理,阐明了频率动态响应实时分区的要求;随后,提出了频率动态实时分区方法,采用动态时间弯曲指标和k-medoids算法对全网节点频率响应实测曲线在线聚类,给出了基于卡尔曼滤波的区域惯量参数辨识算法,保证惯量参数计算满足实时性要求,进一步分析了各类误差源对系统分区和惯量参数辨识结果的影响;最后,在IEEE 39节点系统验证了所提方法的有效性、惯量实时跟踪能力和对不同运行场景的适应性。提出的电力系统区域惯量在线评估方法利用PMU实测频率响应实时更新电力系统分区情况,保证在各种运行点和扰动下区域频率响应的一致性,具备现场应用潜力。     

基于响应特性的原动机及调速器建模与参数辨识

研究了原动机及调速器的实测建模问题。通过分析燃煤机组与燃气轮机在进行转速阶跃试验时的典型响应特性,提出一种新的原动机及调速器模型,即响应特性模型。根据模型的前提条件,指出了该模型的适用范围。应用响应特性模型以及单纯形算法,对某电厂的原动机及调速器进行了参数辨识,并利用系统发生频率大扰动时的数据进行校核。仿真值与实测值的对比表明,采用响应特性模型并结合实测的参数,在定性与定量两方面,均能较好地模拟实际的原动机及调速器。     

基于电力网络一次调频动态模型建立及仿真

传统一次调频(PFR)模型忽略网络和电厂炉侧主蒸汽压力约束;不计主蒸汽压力对发电机出力影响,认为发电机功率-频率响应是线性关系。充分考虑锅炉、汽机、负荷、电网之间相互配合和制约关系,考虑发电机频率响应的非线性因素并建立了基于实际电力网络的PFR动态模型。该模型可用于分析电力网络各环节PFR动态响应对频率稳定的贡献,体现发电机、负荷和电网动态PFR综合能力。通过对IEEE 30节点系统进行仿真,分析了网络、炉侧对PFR的影响、约束对PFR的影响和线路跳线故障,并得出结论:当机组运行在上限、限载或部分机组没有并入PFR都会使电网的PFR能力下降;系统管理者应正确管理PFR服务,加强参数管理,合理调度潮流,使机组尽量不在接近约束的情况下运行,确保机组在需要时能释放出PFR容量抑制频偏;频偏出现后,系统管理者应合理调度二次调频(SFR)使频率尽快返回基值,并使系统整体PFR能力得到恢复。     

基于轨迹灵敏度频域特征提取的电力系统仿真误差主导参数识别

电力系统动态仿真中主导参数的准确识别是进行仿真验证的前提,传统方法通过比较各参数的轨迹灵敏度时域特征大小确定主导参数.对此,提出了一种基于轨迹灵敏度频域特征提取的电力系统仿真误差主导参数识别方法.通过分析仿真误差曲线的频域特征,提取误差敏感频点;建立评估参数对轨迹灵敏度频域影响的特征指标,通过指标分析各参数轨迹灵敏度在敏感频点处的频域特性,进而得到仿真误差的主导参数集.采用WSCC 3机9节点系统验证了所提方法的有效性,结果表明所提方法弥补了从时域角度提取轨迹灵敏度信息不充分的不足,可为电力系统仿真验证提供理论支持.     

Response time for primary frequency control of hydroelectric generating unit

For evaluating the power quality in primary frequency control for hydroelectric generating units, the power response time is an indicator which is of main concern to the power grid. The aim of this paper is to build a suitable model for conducting reliable simulation and to investigate the general rules for controlling the power response time. Two huge hydropower plants with surge tank from China and Sweden are applied in the simulation of a step test of primary frequency control, and the result is validated with data from full scale measurements. From the analytical aspect, this paper deduces a time domain solution for guide vane opening response and a response time formula, of which the main variables are governor parameters. Then the factors which cause the time difference, between the power response time and the analytical response time of opening, are investigated from aspects of both regulation and water way system. It is demonstrated that the formula can help to predict the power response and supply a flexible guidance of parameter tuning, especially for a hydropower plant without surge tank.     

新能源大规模并网条件下火电机组深度调峰控制策略优化

火电机组深度调峰运行是消除电源侧与电网侧双随机扰动、提高可再生能源消纳率的有效措施,为此机组协调控制系统也需要进行改进,保证在大范围变工况运行时发电负荷-机前压力的控制品质。针对典型亚临界机组简化非线性动态模型,通过机理分析确定机组由额定负荷向深调峰负荷变化时模型中主要参数的变化规律,再将经典PID参数整定方法同仿真分析相结合,得到主要工况点协调控制系统最优参数,并提出适应工况变化的变参数控制逻辑。将此方法应用到某330 MW机组深调峰改造中,优化后的协调控制系统可在33%～100%负荷范围内投入,并具有良好的控制品质。     

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。     

提高风电渗透率极限的火电机组惯性参数优化方法

波动性风电的高渗透接入降低了系统的阻尼和一次调频性能,制约了风电渗透率的进一步提升。研究在不降低系统动态稳定水平的前提下提高高风电渗透率系统的调频能力,对于提高风电渗透率极限具有重要意义。文中首先提出了一种含阻尼水平约束和频率偏差约束的风电渗透率极限求解方法,进一步基于火电机组惯性参数对系统阻尼特性和一次调频性能有相反作用的机理,提出了一种考虑系统阻尼和动态频率响应能力的火电机组惯性参数协调优化方法。仿真结果表明,所提风电渗透率极限求解方法的计算结果有较高的参考价值,引入协调优化策略后有效改善了系统的动态稳定特性和调频特性,优化效果适用性强,优化后系统风电渗透率得到了提高。     

基于斐波那契树辨识算法的区域电网调速系统参数辨识

当前电网中单通道输送功率占比较高,电网出现大功率扰动的概率增大,频率稳定问题重新引起人们的关注。针对目前电力系统频率特性仿真准确度不足的问题,引入具有全局和局部交替寻优特点的斐波那契树优化算法,用于区域电网调速系统参数整体辨识。通过限制树的结构深度、调整全局搜索策略等调整,提高全局寻优能力和收敛速度,使算法适用于参数辨识工作,形成斐波那契树辨识算法。基于实测频率响应曲线,运用该算法对区域电网原动机及调速系统参数进行整体辨识,并进行了多算法对比分析。仿真结果表明,斐波那契树辨识算法应用于此领域具有较好的适用性与优越性。     

基于双层规划的非线性鲁棒电力系统稳定器参数整定方法

使用先进的励磁控制技术是改善电力系统稳定性和动态品质的有效手段。采用反馈线性化和鲁棒控制理论设计的非线性鲁棒电力系统稳定器(NR-PSS)是一种先进的励磁控制装置。在深入研究电力系统稳定器(PSS)参数整定原理和NR-PSS现有参数整定方法的基础上,提出了一种基于双层规划的NR-PSS线性部分参数整定方法,以满足阻尼频带宽和控制代价低两方面要求。通过等价非线性规划可求出最优参数。仿真结果表明,应用所提出方法设定的参数可以改善NRPSS的控制效果。     

风电机组参与调频的虚拟惯量控制与快速频率控制

通过分析风力发电系统的功率控制特性，提出了一种风电机组快速频率控制方法，并将其与传统的虚拟惯量控制方法进行了对比研究。建立了风电参与系统频率控制的虚拟惯量控制和快速频率控制模型，分析了两种频率控制方法下系统的频率响应特性。采用虚拟惯量控制方法，风电机组跟踪系统频率变化情况释放风机旋转动能，需要合理整定控制器参数以保证风电机组的频率控制性能；快速频率控制可根据风电机组运行状态充分释放转子动能，对扰动后系统频率变化率改善效果更为明显，更适合高比例新能源接入后系统惯量较低的电力系统。