含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出了一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。文中首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元（PMU）获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归模型（CAR）以及含有遗忘因子的递推最小二乘算法(TFF-RLS)对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。     

基于差值计算法的系统分区惯量评估方法

随着新能源的大量接入,系统惯量下降且分布不均的特征日益明显,系统频率响应呈现时空分布特性。文中提出了一种基于差值计算法的系统分区惯量评估方法。首先,根据机组间频率响应特性相似程度对系统进行分区,并确定各区域的主导机组。然后,在分区和主导机组选取基础上,提出了一种差值计算方法,测量扰动发生后区域间联络线上功率和主导机组频率,对各区域惯量水平进行评估。该方法所需测量数据较少,只须在区域间联络线和主导机组上测量数据,能够实现惯量评估的在线应用。在PSASP中建立了IEEE 10机39节点系统,验证了所提方法在系统不同运行情况下的正确性,并分析了扰动数据时间段的选取对惯量评估正确性的影响。验证结果表明,所提方法适用于含大规模新能源电力系统惯量评估,具有较高的精度。     

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...     

考虑频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量计算方法

针对新能源并网的弱惯量、零惯量特征对电力系统频率稳定的影响,提出一种计及频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量的估算方法。首先,建立系统频率动态响应数学模型,求解惯量中心频率时域表达式。然后,基于频率响应模型求解并分析系统惯量与相关频率稳定性指标的关系,进而计及频率变化率和频率最大偏差约束估算系统临界惯量理论值和计算值。最后,基于临界惯量提出一项电力系统频率稳定性指标,来评估功率扰动后的电力系统频率稳定性,并结合电力系统实际运行惯量得出新能源虚拟惯量参考值。在DIgSILENT PowerFactory中以改进的IEEE 10机39节点新英格兰系统和某区域电网仿真算例对所提计算方法进行仿真验证。     

考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化

高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性,使各节点的频率动态异质化明显,导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能,提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先,基于分频器理论,构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次,为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响,提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后,考虑频率空间分布特性,以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标,建立虚拟惯量配置优化模型。最后,通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。     

考虑频率稳定性的新能源电力系统惯量水平多区间评价方法

随着大量新能源机组取代同步发电机接入电网,系统惯量水平的下降将威胁系统频率稳定,但基于频率稳定评价系统实际惯量水平与充裕度的方法仍相对较少。本文通过量化分析惯量与频率动态响应的关系,提出一种新能源电力系统的惯量分区评价方法。首先,基于新能源电力系统频率响应模型求解,并借助提出的惯量灵敏度指标分析惯量对相关频率安全指标的影响。然后,依据频率稳定约束与综合惯量灵敏度指标确定区间边界,构建惯量危险区、惯量敏感区和惯量饱和区三类惯量水平区间,并分析潜在最大扰动功率及调频能力对区间边界的影响。进而,提出惯量安全性系数与充裕度系数评价系统当前惯量的水平高低。最后,在DIgSILENT中建立IEEE10机39节点标准系统,仿真验证了所提系统惯量分区评价方法的有效性与可行性。     

一种区域电网惯量实用化快速估计方法

已有电力系统惯量估计的扰动法适用性较差,而统计法既无法准确计入新能源容量占比因素,也不能细致考虑负荷侧等效惯量。基于同步发电机和风电与负荷侧电动机等效惯量估计原理分析,提出了一种基于统计法的区域电网惯量实用化快速估计方法。所提方法无需扰动后的系统运行参数数据,而是通过源、荷两侧在线发电机及电动机等效惯量累加得到区域电网惯量,利用历史数据回归拟合系数来计入新能源容量占比的影响,因而具有鲁棒性强与计算速度快等优点。针对某区域电网两次实际频率波动事故场景,利用所提方法进行了区域电网惯量估计,以扰动法计算结果为基准,验证了该算法的准确性和实用性。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

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。     

风电高渗透电网等效惯量概率预测方法

在虚拟惯量控制技术的驱动下,风电高渗透电网包含不同形式惯量资源,系统等效惯量呈现复杂的非线性时变波动特征。为更好地诠释系统等效惯量的不确定性,提出了一种考虑风机虚拟惯量的系统等效惯量概率预测方法。首先利用数据驱动方法构建系统等效惯量的点预测模型,预判等效惯量的变化趋势;然后采用非参数核密度估计建立各时段预测误差概率密度函数,得到一定置信水平下待预测时刻系统等效惯量可能发生波动的区间范围。基于改进的IEEE RTS-79系统进行算例分析,结果表明所提方法与传统参数估计方法相比可靠性更高,能够为新型电力系统在低惯量场景下运行方式安排提供有益的辅助决策信息。     

基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警

大规模风电接入使得电力系统惯量水平降低,暂态功角失稳风险加剧,开展含风电电力系统故障前的暂态功角稳定在线预警对保障其安全稳定至关重要。提出了基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警方法。首先,通过理论分析得到风电场在故障清除后短时间的功率恢复过程不能忽略的推论,并建立等效外特性模型,进而基于扩展等面积定则构建了计及风电场多阶段外特性的暂稳数学模型。其次,定义了含风电系统暂态功角稳定的临界等效惯量,并通过匀加速分段等效提出了实用化的求解方法,进一步提出了暂态临界惯量指数,实现稳定裕度量化分析并给出风险等级。最后,以含风电接入的四机两区域系统和IEEE39节点系统为例,仿真验证了所提方法的有效性和适用性。     

基于斜坡渐变扰动的新型电力系统等效惯量评估

基于阶跃扰动的惯量评估方式依赖难以准确测量的初始频率变化率（RoCoF）与稀少的频率事件,而基于类噪声扰动的惯量评估方法无法评估电流源型虚拟惯量且对数据要求高。对此,提出基于可再生能源机组主动输出斜坡渐变扰动功率的惯量评估方法。建立含RoCoF与斜坡渐变扰动功率的等效惯量评估基础模型。考虑RoCoF噪声阶跃易导致等效惯量评估产生较大误差,推导双二阶广义积分锁相环中的q轴电压分量变化量与RoCoF的线性关系,并将其代入基础评估模型替代RoCoF。采用改进的非线性最小二乘拟合斜坡渐变扰动下q轴电压分量变化量与时间的非线性表达式,从拟合的表达式中提取系统等效惯量。在改进的EPRI-36中验证了所提评估方法相较于常规方法的优越性。     

基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算

随着新能源渗透率不断提高以及高压直流电量HVDC的大规模应用,电力系统惯量响应与一次调频响应的能力不断减弱,威胁电力系统的频率稳定.目前的研究工作主要针对于惯量响应的估算、新能源发电参与惯量响应和一次调频的控制策略设计,并未展开电力系统一次调频功率估算的研究.论文提出了基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算.阐...     

基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法

随着高比例新能源并网、大容量直流密集接入和常规电源持续关停,电力系统原本相对均衡的惯量资源分布格局被打破,转动惯量在空间分布上发生了新的变化。为使系统运行人员及时感知惯量空间分布情况、精准定位惯量薄弱节点,提出一种基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法。首先在分析系统惯量资源对节点惯量支撑作用的基础上,基于输出误差滑动平均模型构建惯量空间分布估计模型。进而采用多新息辨识方法求解模型中的待辨识参数,得出系统内所有节点的等效惯量,评判整个系统的惯量空间分布情况。最后在IEEE 39节点系统上进行仿真分析,验证了所提方法的有效性,以及对不同规模、不同位置故障的适应性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法

高比例风电接入导致系统等效惯量降低,增加了电网引发频率失稳的可能性。为保障日内频率安全稳定运行,同时避免大面积切除风电的不合理操作,提出了基于频率安全约束与临界惯量计算的分时段限制风电出力方法。通过引入频率最低点和最大频率变化率约束指标,并考虑日内运行方式变化,分时段求解电网临界惯量及对应的最大风电并网容量。结合电网实际惯量判定小于临界惯量的时段,对这些时段依据最大风电并网容量确定风电切除量,从而在日内各时段消除频率安全隐患。最后通过算例系统证明：所提方法能准确筛查电网日内存在频率安全风险的时段,求解的风功率分时段切除量可有效消除频率安全隐患。