面向新型电力系统的频率安全研究综述与展望

随着电力系统低碳化转型的进程加速,我国电网正向着以“高比例新能源”和“高比例电力电子设备”为特征的新型电力系统转型。新能源出力的波动和电力电子设备的大规模接入,既显著增加了系统的不平衡功率冲击,又削弱了系统的频率支撑能力,给频率安全带来了严峻挑战。从频率安全的建模、分析和控制3个角度出发,首先介绍了电力系统频率响应的4种模型：全系统详细模型、线性化模型、单机等值模型、人工智能模型。然后对电力系统频率安全指标及其量化评估方法、影响因素进行评述。最后从“源-荷-储”及其协调控制等方面分析了频率安全的控制手段并介绍了频率紧急协调控制系统,并对建模、分析和控制3个方面分别提出展望。     

电力系统动态频率分析与应用研究综述

总结了动态频率定义和分类,剖析了电力工业对频率动态行为分析的需求,分析比较了全状态模型、等值单机模型以及人工智能等各类动态频率计算方法的特点和适用范围,强调了动态频率仿真计算中需特别注意的各种模型因素,综述了暂态频率偏移安全性、频率稳定性评估理论的进展,总结了广域动态频率信息的应用现状,提出了动态频率领域亟需研究的若干问题。     

新型电力系统的频率响应模型综述及展望

“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”电力系统日趋形成,频率响应的精准预测和安全控制面临更大挑战。首先详细论述了传统电力系统频率响应模型的构建和使用方法,包括时域仿真法、单机等值法、线性分析法、基于人工智能技术的频率预测方法。其次,阐述了基于广域测量系统的电力系统动态频率时空分布模型和惯量评估特点。然后,分析了基于频率模型的新能源控制和低频减载优化方法。最后,展望了电力系统频率响应建模与预测方面亟须解决的主要问题。     

考虑累积效应的频率偏移安全性量化评估

分析频率偏移安全评估现状和需求,提出一种考虑累积效应的频率偏移安全量化评估方法.基于频率偏移对于时间的积分,定义一个新的安全裕度指标.该指标对于安全与不安全的情况,不但有清晰的物理含义和统一的表达形式,并且具有单调性、光滑度好,计算量小的优点.基于灵敏度分析,提出临界控制量搜索策略.以实际省级电网为例,分析该安全裕度指标的特性,并验证了控制量搜索策略的有效性.     

低碳电力系统规划与运行优化研究综述

电力行业低碳化是应对全球气候变暖、实现我国社会经济可持续发展的关键,而合理有效的系统规划和运行方法,将是保证电力系统在安全稳定运行前提下实现高效碳减排的有力手段。作者力图在全面阐述低碳经济关键要素及其对电力系统规划运行影响的基础上,从系统规划和系统运行两个层面,建立完整的低碳经济模式下电力系统规划运行方法的整体研究框架,并对各重点研究方向进行概述和展望。     

计及源荷不确定性及频率安全的电力系统区间优化调度方法

提出了一种计及源荷不确定性及频率安全的电力系统区间优化调度方法。首先,对系统动态频率特性进行分析,将非线性频率安全约束近似简化为线性约束。接着,在考虑源荷预测误差区间不确定性的基础上,建立了计及频率安全约束的电力系统优化调度问题数学模型。基于Benders分解方法将区间优化问题分解为基准场景下的主问题和不确定场景下校正调度的可行性校验子问题进行求解,为减少需要考虑的场景数量,根据系统违反功率平衡、备用、线路潮流等安全约束的程度筛选出少量高风险场景,并对其进行可行性校验。最后,将该方法应用于含风电的10机39节点系统,仿真结果表明,区间优化调度方法可确保系统在不确定场景下的安全性,与场景法相比,其计算效率显著提高,计算量大幅减少。     

电力系统频率测量综述

较为全面地综述了国内外在电力系统的频率概念及其测量技术方面的研究成果。以观测模型为依据,探讨了各种电力系统频率的异同;针对频率测量的目的,提出了测量的基本要求;以测频主算法的数值特征为线索对历史上各种测量算法进行了系统的分类与评述;讨论了测量的硬件实现及其测量试;最后对电力系统频率测量的发展趋势提出看法。     

新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述

在“双碳”战略目标下,我国将构建高比例新能源电力系统。高比例新能源电力系统的转动惯量和调频容量降低、故障冲击功率提升,使大电网暂态频率稳定受到威胁。当前的调频控制方法及其所依赖的分析模型难以很好地适用于高比例新能源电力系统。为适应暂态频率稳定要求,需探索新的调频控制方法。为了更好地理解高比例新能源电力系统的暂态频率稳定问题,准备调频应对策略,对暂态频率稳定分析与调频控制方法的研究现状进行综述和展望。首先,归纳现有暂态频率分析模型,然后从系统和厂站2个层面梳理了调频控制方法的研究现状,从分析基础出发归纳不同调频控制方法的适用特性。最后,总结了高比例新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制的特征变化及其影响,并对未来可能的发展思路进行展望。     

考虑电力系统安全的输电网规划

设计了考虑电力系统安全的输电网规划流程,改变了传统规划只考虑N安全和N-1安全的规划模式,进一步计算分析了规划网络在N-2安全情况下的缺电成本。文中采用故障筛选再规划的方式提高了N-1安全规划的计算速度,实现了大规模规划问题的求解,满足工程应用需要。18节点系统及实际电网147节点系统的计算结果表明,该方法行之有效。     

考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合

随着电源结构与电网形态的转变,互联电力系统频率时空分布特征日益显著,区域频率差异与区间联络线功率振荡增大,基于统一频率假设的频率安全约束机组组合方法不再适用。针对考虑频率时空分布特征的两区互联电力系统安全约束机组组合,推导区域频率与区间联络线功率闭式解,并基于闭式解的两项划分,推得区域频率最低点、最大变化率、准稳态值以及区间联络线功率振荡峰值、准稳态值等一系列解析安全量化指标。基于所得指标,构建考虑区域频率与区间联络线功率安全约束的机组组合模型。并根据调度模式与指标特点,提出兼顾区域能力保障与区间能力协调的两级两阶段迭代求解算法。结果表明,所得指标可准确描述两区互联电力系统的安全特征,所提模型和算法可有效保障两区互联电力系统机组组合方案的运行安全。     

计及需求侧响应的电力系统鲁棒优化规划模型

随着需求侧响应措施的深入开展,在电力系统规划中计及需求侧响应的影响具有重要现实意义。根据一般经济学原理,研究需求侧响应措施引起负荷需求弹性变化的不确定性,并且将该不确定性引入到电力系统规划模型中,以系统规划成本、运行成本和污染排放最小化为目标函数,建立了多目标鲁棒优化规划模型;采用引入精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解该鲁棒优化模型。最后,通过算例分析说明了鲁棒优化模型的合理性,并论证了该模型能够以最小成本得到计及多种需求侧响应弹性不确定性范围下的规划方案。     

计及自动装置模拟的大电网在线静态安全分析

传统省级以上电网在线静态安全分析软件未考虑安全自动装置动作的影响,导致计算结果不能准确反映系统实际情况。文中提出了一种计及自动装置模拟的大电网在线静态安全分析的实用方法。采用基于启动条件集和动作行为集的自动装置自定义建模,有效减轻了模型维护的工作负担;通过局部网络拓扑获得自动装置动作后发生变化的逻辑节点,引入因子表快速...     

应对风电消纳中基于安全约束的价格型需求响应优化调度建模

应对风电消纳问题,价格型需求响应通过价格信号参与电网实时调度,以保持电力供需平衡。然而,风电出力和负荷的改变,使电网潮流和节点电压面临越限风险,从而网络安全约束成为制约风电消纳的关键因素。首先基于价格弹性系数分析价格型需求响应调度成本与互动响应量之间的关系。其次,描述价格型需求响应的互动响应量静态算法,并将其作为预期分配原则之一。在此基础上,同时考虑网络安全约束和价格型需求响应互动响应满意度约束,以电网侧的价格型需求响应调度成本最小化为目标,建立实时优化调度模型,保证实时调度中电网的安全运行。应用灵敏度分析方法将网络安全约束转化为负荷节点互动响应量约束,并通过内点法求解模型。最后,以某省实际电网为例分析验证建模和求解的有效性和可行性,结果表明通过价格型需求响应消纳风电的同时可将稳定断面有功功率控制在允许范围内。     

双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施

在能源系统低碳化转型的过程中,电力系统中的可再生能源和电力电子设备比例快速增长,高比例可再生能源、高比例电力电子设备的"双高"特征为未来电力系统的频率安全带来严峻挑战。文中首先分析电力系统的双高特征为电力系统频率响应特性所带来的4点新特性:传统调频资源稀缺化、频率时空分布差异化、频率调控手段多样化和频率动态机理复杂化。然后对比了时域仿真法、模型分析法和机器学习法3类主流的频率响应分析方法,在此基础上,从逆变器控制、低频减载保护、直流功率支援、系统调度运行和调频市场设计5个方面分析了改善双高电力系统频率响应特性的技术新进展。最后针对未来双高电力系统频率安全问题进行总结和展望。     

考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标运行优化

摘 要：以电力-天然气集成系统为代表的综合能源系统可以充分利用各类能源载体的运行特性,提升电力系统接纳间歇性可再生能源发电的能力。另一方面,电-气集成系统的整体运行费用、消纳间歇性可再生能源发电能力和网络损耗与风电等间歇性可再生能源发电的渗透水平率密切相关,因此有必要对考虑风电消纳能力的电-气集成系统多目标优化运行策略展开研究。首先,以最小化电-气集成系统运行费用、弃风成本和网络损耗为目标函数,建立考虑风电消纳能力的电-气集成系统运行优化的多目标混合整数非线性优化模型。接着,对优化模型中的非线性约束条件进行线性化处理,将原模型转化为混合整数线性规划问题。然后,利用基于增强ε约束的多目标优化方法求解所建立的优化模型,获得帕累托最优解集,并采用模糊综合评估方法寻找最优折中解。最后,利用修改的IEEE 39节点电力系统和比利时20节点天然气系统所构成的电-气集成系统对所提方法的可行性和有效性进行验证。     

一次调频在电网安全稳定性方面的探讨和研究

从电网频率的一次调整技术分析入手,总结了湖北省一次调频的现状,通过分析和研究电网一次调频的静态和动态特性,在理论上提出了完善电网侧一次调频功能的建议,同时结合湖北电网一次调频试验的实例,提出了通过完善发电侧机组的一次调频功能,提高电网安全、稳定运行的措施。     

考虑安全性的含风电场配电网动态无功优化

研究了双馈异步发电机(DFlG)的灵活无功调节能力,将其无功输出作为连续控制变量参与配电网动态无功优化。鉴于DFIG有功输出功率的波动性,提出了一种基于DFIG有功输出功率变化趋势的自适应分时段法。鉴于目前配电网无功优化重视经济性而轻视安全性的情况,提出了同时考虑经济性与安全性的无功优化目标函数。对配电网进行分区,计算其各区域的安全性指标,将该安全性指标权重加入到安全性目标函数中,并采用改进差分进化算法和内点法分别对离散控制变量和连续控制变量交替求解。最后,利用IEEE 33节点系统对本文所提出的动态无功优化模型进行仿真分析,结果表明系统网损得以明显降低,其配电网安全性也得到提高,证明了该方法的可行性和有效性。     

考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划

风电、光伏等新能源通过逆变器并入电网,不具有惯量支撑能力,因此大规模新能源接入电网会降低系统的惯量水平。在N-K故障下,系统可能因惯量水平过低而频率失稳,导致电源脱网,给系统造成严重经济损失。针对此问题,提出一种考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划方法。首先,分析系统惯量与系统频率变化的关系,给出系统惯量需求约束。其次,充分考虑储能电站在系统中调频、调峰及潮流调度等应用场景,以储能电站建设成本及极端故障下切负荷成本最小为目标函数,构建储能电站定容选址优化模型。最后,以IEEE 39节点系统为仿真算例。仿真结果表明,基于所提方法的定容选址规划方案能够有效提升系统频率稳定性,缓解系统在极端故障下的大面积停电问题。     

兼顾电网频率和功角稳定性的柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标优化

雅砻江柯拉光伏电站是西南电网首座百万千瓦级光伏电站,与木绒水电站构成大容量水光互补系统,其低电压穿越特性对电网频率、功角稳定性均存在一定影响。首先,研究了光伏电站低电压穿越影响电网频率稳定的机理、水光互补系统功角稳定特性,提出了一种量化评估光伏电站低电压穿越影响电网频率的工程实用方法;然后,分析了柯拉光伏电站低电压穿越关键性能指标对西南电网频率、功角稳定性及对负荷中心暂态电压稳定的影响;最后,提出一种兼顾电网频率和功角稳定性的光伏电站低电压穿越关键性能指标优化方法,并通过对柯拉光伏的仿真测试验证了所提方法的有效性。