考虑新能源渗透的电网频率概率分布研究

随着我国能源绿色低碳转型的发展,新能源在电力系统发电结构的比重逐年提升,导致电网动态频率特性出现新的变化。为深入研究电网频率的总体演变规律及概率分布特性,从理论上阐述了考虑新能源渗透的电网频率变化趋势,给出计及新能源渗透率的电力系统调频简化模型及其稳定性分析。使用Simulink搭建电网频率仿真模型,并通过实验室高精度PCI-4474采集卡及基于LabVIEW编写的人机交互界面采集电网频率,得出的仿真和实测结果验证了理论分析所得出的结论。最后以应用的角度总结了电力系统频率概率图对智能电网安全稳定运行及电能计量装置在线评估的重要性。     

高风电渗透下电网调峰运行时的频率稳定控制策略研究

随着可再生能源接入电网的规模不断扩大,传统火电机组逐渐被可再生能源所代替,导致电力系统在新能源高渗透率的情况下抵抗负荷扰动的频率性能较差。针对大规模风电并网下电力系统调峰运行过程中的频率稳定问题展开研究,分析得出系统在启停调峰和深度调峰方式下的频率调节能力较弱。首先,对传统AGC系统频率模型进行改进,提出了计及可再生能源渗透率、调速器死区和发电速率约束的频率响应模型;其次,基于频率响应模型,研究了在不同风电渗透率下系统调峰运行时的频率调节性能;最后,基于2种典型的火电机组调峰方式,在考虑风电功率波动的2区域电力系统中进行仿真验证。仿真结果表明,电力系统在深度调峰时抵抗负荷扰动的能力相对启停调峰时更强。在此基础上,结合改进的风机综合惯性控制策略,有效提高了电网调峰运行时的频率调节性能,解决了电力系统调峰运行时的频率稳定问题。     

新能源高渗透的电力系统频率特性分析

随着风电和光伏的快速发展,水电和火电在发电结构中比重的大幅下降将导致未来电力系统的频率特性出现变化。为研究系统频率特性的变化,该文首先给出新能源高渗透的电力系统的频率模型和传递函数。引入频率阶跃或功率阶跃引起的稳态频率误差,对系统的稳定性和稳态频率误差展开详细分析。定义系统的动态频率响应系数,并给出新能源发电比重上限的估计。假定新能源发电的调频容量充足,提出新能源参与频率控制的2种方式,研究比较它们对系统稳态频率误差的影响。最后通过时域数字仿真验证所得结论,并揭示未来电力系统频率特性的变化趋势。     

计及光伏并网的电力系统频率特性和网络方程电压可解性分析

随着新能源大容量并网,电力系统面临转动惯量不足、电压支撑能力弱等问题,电力系统频率和电压稳定问题突出。考虑光伏并网情况,提出了量化电力系统频率特性和网络方程可解性的分析方法。一方面,基于电力系统近似全状态模型,通过状态变量时域响应的解析解,分析了系统参数对频率特征量的影响,证明了在全状态模型下光伏附加频率控制不改变系统惯量但能够增加系统阻尼。进一步,指出系统频率响应主要由主导模式决定,给出了主导特征值的解析计算式。另一方面,聚焦网络方程,分析雅可比矩阵奇异性等值条件,基于实对称矩阵的最小特征值提出一种量化电压可解性的负定性指标。并应用该负定性指标,借助图论分析方法论证了随着电网中光伏渗透率增加,电压可解性下降,电压稳定性恶化。最后,在4机11节点经典算例和实际电网中验证了上述分析方法的有效性。     

利用敏感频段评估大规模风电对电力系统频率影响的方法

随着系统中风电渗透率的增加,风功率波动对电力系统频率的影响不可忽视。首先定义了"敏感频段"的概念,对单机系统频率响应模型进行分析,揭示了不同频率的功率扰动对系统频率特性影响程度的差异。其次,计及复杂电力系统的非线性特性,提出了利用聚类思想识别其敏感频段的分区域扫频法。最后,给出了从敏感频段角度分析风功率波动对电力系统频率特性影响的分析方法,结合风功率波动的幅频特性评估其对电网频率的影响,通过东北电网算例证实了敏感频段的存在,验证了所提方法的有效性。     

调频关键参数对电网频率特性的影响及其灵敏度分析

为应对高比例新能源接入给系统频率稳定性带来的不利影响,除开发新能源参与调频的控制策略外,还需提高系统自身的调频能力。系统调频关键参数决定了系统的调频能力,分析调频关键参数对系统频率响应指标的影响是选择调频关键参数、提升电网频率响应的关键。在频率响应模型的基础上,理论分析了包括惯性时间常数、调频死区、调差系数等频率控制关键参数对系统频率特性的影响。并对上述参数进行了灵敏度分析,确定了不同参数对频率响应指标的影响程度。利用电力系统分析综合程序(PSASP)建立36节点系统模型对理论分析结果进行了仿真验证,为调频关键参数选取提供了参考。基于研究结果对新能源参与系统调频的定位进行了分析。     

风电场参与西北送端大电网频率调节的快速频率响应能力实测与分析

近年来,西北电网新能源快速发展,直流外送规模不断扩大,因新能源机组无一次调频能力,电网频率控制的结构性困境日趋显现,迫切需要新能源机组参与大电网快速频率控制。本文介绍了西北电网试验风电场参与电网快速频率响应典型方案,结合现场试验及2016年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了风电场快速频率响应能力实测分析。结果表明,风电场可参与电网快速频率响应,其响应特性与常规电源一次调频相当,具有较好的应用前景。     

满足频率稳定约束的新能源电力系统惯量评估与新能源最大渗透率研究

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”的技术路径之一。由于新能源出力具有较强的波动性与间歇性，且新能源大量替代同步机后，将导致电力系统惯量水平下降，恶化系统频率响应特性，削弱系统抵御功率差额的能力。本文研究了新型电力系统频率稳定问题机理，分析了高渗透率下新能源电力系统动态频率响应特性与系统惯量之间的关系，并以云南“十四五”及中长期构建以新能源为主体的新型电力系统为例，测算了新能源高占比情况下的电力系统惯量变化趋势及新能源最大渗透率。     

考虑电网惯量及调频要求的储能配置规划

随着新能源接入电网规模的不断增加,电网灵活性受到了新的挑战,与此同时,在中国东部沿海省份,高比例外受电挤占电源调节空间并威胁电网安全运行,成为当前亟待解决的问题。为此,以高受电比例的高比例新能源电力系统为研究对象,对高比例新能源电力系统的惯量及调频支撑要求进行分析,并提出针对系统惯量和调频能力需求的储能配置规划模型。首先分析系统的惯量及调频能力要求,其次建立储能参与频率响应的运行模型,基于此,提出了考虑电网惯量及调频要求的储能配置模型。最后以高外受电比例的高比例新能源电力系统为背景仿真验证了配置模型的有效性。     

受静态电压稳定约束的新能源临界渗透率计算方法

随着大规模风电、光伏等新能源接入电网,新能源机组已开始影响电力系统的稳定性,同时受新能源接入电网的网架特性约束以及新能源装备自身安全限制,新能源并网的电压问题更加突出。主要研究了受静态电压稳定约束的新能源临界渗透率。首先分析了新能源机组并网的数学模型,并基于静态电压稳定约束提出新能源临界渗透率的工程实用计算方法;最后以实际电网为例,通过该方法计算新能源临界渗透率,并分析了影响新能源渗透率的相关因素。文中研究成果能够为新能源发电的最大消纳及区域新能源规划提供重要依据。     

考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。     

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要，而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点，其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型，结合新能源场站的通用频率响应模型，建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型，在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后，基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后，在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真，结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点，且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值，验证了模型的准确性和通用性。     

考虑风-光消纳和环境效益的多目标模糊优化调度模型

随着新能源渗透率的日益提高,我国部分地区电网出现了严重的弃风弃光现象,传统火电机组运行排放大量污染物严重影响生态环境,制约可持续发展战略。从环境效益的角度对电网的风-光消纳能力进行优化,可以促进发电成本的降低,提高新能源发电消纳能力以及显著减少污染物的排放量。本文建立了以发电经济成本、新能源消纳量和污染物排放量为目标函数的多目标优化调度模型,通过定义目标隶属度函数将目标问题模糊化,采用最大化满意度指标法将所构建的多目标优化问题转化为单目标优化问题。算例结果表明:本文提出的多目标模糊优化调度模型,能够统筹兼顾发电成本的经济性、新能源消纳量和污染物排放量的环境效益,为电力节能减排和可持续发展战略提供借鉴和参考。     

低调频容量高比例新能源主导局部电网低频失稳分析

随着局部电网新能源发电比例的提高及调频容量的降低,系统低频段阻抗变化及频率维持特性削弱引发了局部电网的低频失稳现象。现有弱电网假设及固定基频的分析方法与电网调频特性不对应,导致系统低频振荡耦合频率波动失稳机理分析受限。针对含柴油同步发电机组及并网逆变器的局部电网,构建了含电压、电流、基频扰动的涵盖阻抗外特性与基频扰动特性的新能源主导发电模型框架。基于所建立的电网强度与渗透率、网侧等效阻抗的耦合关系,分析了强电网弱化后源网端低频段阻抗变化及衍生低频失稳诱因。构建了含基频扰动项的回比矩阵,分析了频率特性项对系统低频失稳的潜在影响并预判了不同渗透率下系统稳定情况。最后,结合硬件在环实验结果,在临界失稳工况下与传统固定基频分析方法进行对比,所提模型可准确预判低调频容量高比例新能源主导局部电网的低频失稳,验证了上述理论分析的正确性。     

基于下垂特性的风电场参与电网快速频率调整实测分析

随着地区风电渗透率的进一步提高,常规火电机组被新能源机组大量替代,导致电网转动惯量持续下降,电网频率特性呈现逐渐恶化趋势,迫切需要研究新能源机组参与电网频率调整的具体方式。本文提出了一种基于下垂控制机理的风电场参与电网调频的稳定控制装置和能量管理平台设置策略,并选取甘肃电网内一座包含133座双馈异步风机的典型风电场,结合场站端离线验证测试与2016年西北电网全网频率特性实测结果,首次从整座风电场的角度出发,实际验证了风电机组参与电网快速频率响应特性的研究。结果表明,在频率大、小扰动下,风电机组均可快速跟踪系统频率变化来调整出力,对于系统频率的改善效果十分显著。     

计及新能源出力波动性的节点状态脆弱性评估

电网的状态脆弱性能够从运行状态角度反映电网所具有的抵御电压或频率扰动的能力.随着高渗透率可再生能源的接入,电力系统的运行方式和安全控制手段变得越来越复杂.有必要对现有的节点状态脆弱性评估方法进行改进,进一步考虑新能源机组特点及其出力波动性进行状态脆弱性评估.文章基于新能源电源并网点对外电网戴维南等值模型,提出一种新能源电源节点脱网免疫指标和计算方法,并在此基础上计及新能源电源出力的波动性,提出一种基于点估计法的新能源电源节点状态脆弱性指标.基于某省级电网实际算例对所述方法的正确性及有效性进行了验证分析.方法 能够对计及出力波动条件下的新能源机组脱网风险进行综合评估,可应用于对新能源电站不同接入方案的评估与规划.     

频率稳定约束条件下风电并网能力的确定方法

风力发电中应用最为广泛的双馈风机具有转速与电网频率解耦的特点,这使得高风电渗透率电网的惯量特性和频率稳定性降低.首先,提出一种在频率稳定约束条件下确定风电并网能力的方法.在理论分析风电并网系统等值惯性时间常数和发电机单位调节功率的变化情况的基础上,推导出在功率缺额时反映暂态频率响应特征的关键指标与风电渗透率和同步机替换比例的关联关系.在此基础上,从理论上给出了电网频率稳定约束对风电并网能力和合理替换同步机比例的制约机制,实现了量化评估考虑最大频率跌落值和稳态频率偏差稳定约束的风电并网能力.通过Matlab/Simulink仿真验证了所提方法的正确性,对电力系统中新能源并网的规划设计具有指导意义.     

电力系统频率响应模式及其量化描述

电力系统的安全稳定运行很大程度上依赖基于频率响应的调控,响应模式是对动态系统轨迹特征最本质的量化描述。目前缺少对大电网频率响应模式的定义,以及从时间尺度和空间尺度量化描述频率响应模式的指标和方法。该文系统阐述大电网频率响应统一性、分散性、独立性与耦合性的内涵和辩证统一关系;定义频率响应模式,从不同角度量化描述系统动态频率响应特征并提出计算方法;通过大电网算例仿真详细研究可再生能源渗透率、特高压直流输电对频率响应模式的影响。所述方法和研究结果为频率稳定性量化评估、预想故障的快速分析提供重要依据,也为深度学习等人工智能类方法在电力系统频率分析与控制中的应用奠定基础。     

分散式风电高渗透率接入直流受端电网频率特性建模与分析

分散式风电高渗透率接入直流受端电网后,系统频率问题逐渐突出,而调频单元分散化与多样化会加剧系统频率特性分析的复杂度,如何准确高效评估各单元调频作用于系统频率特性已是直流受端电网重要需求之一。首先推导了同步发电机、分散式风电场、直流受端换流站等单元的调频作用线性化表达式,进而以直流潮流集成各调频单元建立了直流受端电网频率响应模型。为解决模型阶数高不便于在复杂系统中应用这一缺陷,针对分散式风电场调频作用表征和复杂系统频率响应特性集成2个建模阶段,提出了采用劳斯近似法和Pade逼近法的双重降阶建模方法。最后,以扩展IEEE-30节点系统为测试对象,通过对比MATLAB/Simulink电磁暂态仿真结果,验证了所提分散式风电接入直流受端电网频率响应特性降阶建模的准确性和高效性,并从频率耐受水平方面对分散式风电渗透率进行了案例分析。     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.