考虑主导不稳定平衡点变化的电力系统暂态稳定切机控制策略

在考虑不同切机措施导致的主导不稳定平衡点变化的前提下,提出了一种基于切机灵敏度的电力系统暂态稳定切机控制策略。首先将切机后系统暂态稳定裕度表达式中与主导不稳定平衡点相关的部分提取出来,通过建立切机量与主导不稳定平衡点的修正方程,利用牛拉法确定主导不稳定平衡点的变化情况。在此基础上求取系统暂态稳定裕度对不同发电机组的切机灵敏度,最终按照所求切机灵敏度大小制定切机策略。新英格兰10机39节点系统的仿真结果表明,相比于不考虑主导不稳定平衡点变化的切机策略,该策略所求灵敏度及切机量更加准确。同时,该策略求解步骤直接、明确,既考虑了切机控制导致的主导不稳定平衡点的变化情况,又避免了反复求取主导不稳定平衡点时繁琐的计算过程,节省了计算时间。     

基于曲线拟合的电力系统紧急控制切机策略研究

切除发电机是电力系统中提高暂态稳定性的有效方法之一。针对电力系统暂态稳定控制中现有切机控制策略的不足,提出了一种紧急切机控制的曲线拟合切机策略。利用△P积分方法确定大扰动下的临界机群,根据故障后短时间内（0.1s）临界机组实际数据,计算发电机惯性中心坐标下的Pe-δ曲线,对其进行多项式最小二乘曲线拟合,预测临界机组能量变化曲线,预判系统稳定性及快速计算切机量。通过NewEngland10机39节点系统的应用说明算法的有效性。     

大规模风电接入电力系统的AGC控制参数修正

自动发电控制(automatic generation control,AGC)控制参数包括频率响应系数和AGC控制器参数,其数值设定主要取决于电力系统单位调节功率和惯性时间常数。大规模风电接入,取代部分常规机组,降低了电力系统单位调节功率和惯性时间常数。提出了大规模风电接入对电力系统单位调节功率和惯性时间常数影响的数学模型。在此基础上,建立了大规模风电接入电力系统AGC控制参数修正的数学模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真计算,验证了大规模风电接入电力系统修正AGC控制参数对频率控制的有效性。     

基于改进支路暂态能量函数的风电并网暂态最优切机控制

大规模风电接入比例的增加对电力系统暂态稳定性造成了影响,因此在风电并网系统的紧急控制中必须考虑风电切机措施。首先分析了双馈式感应发电机(DFIG)的暂态运行特性;然后运用改进支路暂态能量函数法分析了DFIG和传统火力发电机切机效果的差异性。结果表明在风电并网系统的紧急控制中应考虑风电和火电机组切机比例的配合。因此,提出一种考虑风力发电机的最优切机决策模型和一种实用化解法,合理选择最优的风火电切机比例,改善系统恢复过程的特性,极大地提高了系统运行稳定性。通过某区域风电外送系统暂态切机算例验证了该方法高效可行。     

PMSG风机直流电容虚拟惯性控制及惯性影响分析

为解决风电在电力系统中渗透率不断增加而导致的电网惯量不断降低的问题,提出了永磁直驱风机参与电网频率调节的直流电容虚拟惯性控制。该虚拟电容控制能够耦合直流电压和交流频率,利用储存在直流电容中的静电能提供惯性支撑,并能有效地抑制频率变化的斜率和减小最大频率偏差,提高频率的动态特性。此外,详细研究了影响虚拟惯性时间常数的关键参数以及虚拟惯性时间常数与直流电容的确切关系,并给出了相关参数的选取方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果表明直流电容虚拟惯性控制能够准确模拟同步发电机的惯性响应,其控制性能优于传统转子虚拟惯性控制。     

区域负荷惯性时间常数分析及辨识

“双高”电力系统降低了惯量,危及频率稳定。负荷构成复杂,准确的惯性时间常数辨识有利于系统的惯量评估。为此,提出一种区域负荷惯性时间常数辨识方法。首先,基于广义惯量给出负荷惯性时间常数表达式,提出基于负荷并网点电压频率和功率摇摆曲线;然后,利用最小二乘法进行惯性时间常数辨识,并针对多点负荷,给出了区域负荷综合惯性时间常数计算式;最后,通过ETAP12.0对IEEE的3机9节点系统(不含新能源机组)和华东电网局部(含新能源机组)仿真验证所提方法的先进性和有效性。结果表明,提出的方法能够有效计算评估负荷的惯性特性,支撑电网频率稳定分析。     

交直流联合输电系统的鲁棒稳定控制器设计

研究了交直流联合输电系统(AC/DC)的模型和鲁棒控制问题。综合考虑AC/DC系统交、直流部分的动态特性及其实际电力系统中各发电机组的阻尼系数和惯性时间常数的不同性,提出了一类五阶非仿射非线性的控制模型。针对该系统模型的特点,引入相应的鲁棒控制策略,设计了系统的鲁棒线性控制器,通过对直流系统换流器触发角的控制,实现系统稳定和对外界干扰的抑制。仿真结果验证了提出控制策略的有效性和实用性。     

基于复杂网络理论的切机控制策略

基于复杂网络的同步化控制理论,提出了一种用于暂态功角稳定的切机控制策略计算方法。首先将电力系统状态矩阵的对角元定义为相应发电机的同步能力系数,以反映发电机与网络之间的耦合强度;其次分析了短路故障和切机控制措施对各发电机同步能力系数的影响,并提出了切机地点有效性指标。基于此指标,提出了一种切机控制策略的计算方法,即利用电力系统的线性化模型,确定最佳切机地点和切机量,再利用电力系统的非线性模型进行切机控制策略的可行性校核,从而实现电力系统的暂态功角稳定控制。IEEE-9节点和IEEE-39节点系统的仿真分析证明了算法的有效性。     

同步发电机原动系统调速器仿真研究

针对同步发电机原动机系统仿真器模拟控制方法的弱点,研究以数字化调速器取代模拟调速器。建立了原动机系统调速器的通用数学模型,并进行离散化处理;通过编程技巧解决计算结果的溢出与精度等问题。在电力系统动态模拟试验室进行了原动机系统仿真器的静态和动态特性试验,检测出模拟参数调差系数、油动机时间常数和汽惯性时间常数在不同取值条件下,机组转速动态过程的时间、超调量、最大振幅时间、震荡次数及稳态转速变化率等特征值。试验结果与数据及动态特性规律证明了该仿真系统与原型一致,较好地实现了对实际调速器的动态仿真。     

计及储能的低惯量电力系统频率特性分析EI北大核心CSCD

双碳目标下,电源结构清洁低碳转型将成为我国未来电力系统必然发展趋势,随着风光资源大规模开发利用,新能源发电装机比例持续快速增长,系统逐步呈现“低惯量”特征,频率安全稳定面临挑战。该文首先阐述系统惯量的重要量化表征指标之一——惯性时间常数的物理意义。基于电源装机结构,分析我国电力系统惯性时间常数的演化趋势。基于经典频率响应模型,给出计及储能的电力系统频率响应模型,借助传递函数推导开展频率稳态及动态特性分析,并给出功率缺额扰动下系统频率输出表达式;在此基础上,围绕频率跌落最低点,剖析储能及系统惯性时间常数对于抑制低惯量电力系统频率下降风险的作用规律,并结合时域仿真开展不同惯量水平下场景仿真论证。研究表明,储能通过直接减小系统不平衡功率,可快速有效抑制频率变化,且惯性时间常数越小的系统,效果越为显著。     

虚拟惯性时间常数对互联电网小干扰稳定影响研究

传统同步发电机的惯性时间常数是不变的物理参数,虚拟同步发电机的推广与应用使得系统惯性时间常数具有可变性和可调性,继而有可能影响互联系统的小干扰稳定性。论文以VSC-HVDC为研究对象,对其进行虚拟同步发电机控制建模,然后基于特征分析法,对等值联网系统求解低频振荡衰减因子的解析表达式,分析了不同场景下惯性时间常数对小干扰稳定水平的影响程度,发现当惯性时间常数与阻尼系数在同一个数量级时对小干扰稳定有较大影响。最后在两区四机经典模型中验证了结论,对于虚拟同步发电机参数整定和研究互联系统的小干扰稳定性分析及控制具有一定的参考价值。     

安徽电网实时发电控制系统设计及实现

为了减轻自动发电控制（AGC）机组调节负担,提高AGC控制合格率,提高电网调度自动化水平,安徽电网实时发电控制系统利用超短期负荷预计的结果,自动调整机组发电计划,并自动下发到电厂,使发电机组能较为准确地响应系统负荷变化。该系统改变了传统调度人员用电话调度发电出力的方式,使发电调度较为科学合理,在减轻AGC机组调节负担、提高了电网运行安全性,一年多的运行情况表明,该系统投入小、见效明显,对以火电机组为主的电网AGC实用化工作和提高电网调度自动化水平及质量控制有借鉴作用,可供建立电力实时市场技术支持系统时参考。     

适用于孤岛微电网的电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制与频率恢复控制

孤岛微电网惯性水平低,频率稳定问题显著。基于此,提出了适用于孤岛微电网电压型虚拟同步发电机(voltage-controlled virtual synchronous generators,VSGs)的自适应惯性与频率恢复控制方法,用于孤岛微电网频率稳定性提升。在自适应惯性控制方面,利用转速偏差及其变化率刻画频率动态过程,分别构建其与虚拟惯性的关系;利用双曲正弦函数放大虚拟惯性对转速偏差及其变化率的灵敏度,提高控制的敏感性;引入sigmoid函数,限制虚拟惯性调节范围,抑制控制过程中VSG输出功率的振荡。在频率恢复控制方面,从有功功率供需平衡的角度出发,将频率恢复问题转化为全网有功再平衡问题;利用各台VSG的频率偏差及其变化率估计全网有功再平衡量,并按容量分配每台VSG承担的全网有功再平衡量,实现功率均分。通过不同情境对所提方法进行仿真测试,结果验证了其有效性。     

离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统暂态稳定分析

虚拟同步机技术的应用,使得分布式电源具有同步发电机特性,可实现离网运行,其可控惯量对离网条件下分布式并联系统的频率稳定和有功振荡有很大的影响。基于离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统,以两端输出有功功率振荡为标准,利用李雅普诺夫方法推导暂态能量函数,分析两端惯性时间常数对系统有功振荡的影响。根据分析结果,对暂态期间惯性时间常数进行控制,抑制有功振荡幅度,减小振荡时间,从而提高系统暂态稳定性。最后,利用PSCAD/EMTDC?软件建立模型进行仿真,验证所提方法的可行性。     

基于自适应下垂控制的柔性能源变换器

采用传统下垂法控制的柔性能源变换器能够实现并离网的无缝切换,但是由于缺乏惯性导致其在输出指令突变时系统容易产生频率突变从而影响系统的稳定性。对基于下垂控制的柔性能源变换器加入低通滤波器使频率平滑转变,等效达到了同步发电机的惯性效果。低通滤波器的截止频率越低则模拟的惯性效果越大,但也使逆变器调节速度越慢,从而产生能量过冲以及导致调整时间过长。为使柔性分布式能源变换器不仅具有抑制输出功率指令突变时所需要的惯性,而且能够减小惯性导致的功率过冲,并更快地达到稳定状态,充分利用逆变器灵活的参数调节能力,提出了根据逆变器输出情况对低通滤波器时间常数T进行自适应变化的自适应下垂控制。同时将该方法用于并网前同步,使并网前同步既具有惯性又能够快速完成同步过程。最后对柔性能源变换器输出功率指令突变时的自适应下垂控制进行了暂态能量的推导,从理论上分析了所提方法的有效性和可行性,并通过仿真和实验进行了验证。     

基于自适应惯量阻尼综合控制算法的虚拟同步发电机控制策略

在逆变控制领域,虚拟同步发电机(VSG)控制策略可解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑电网频率,然而现有VSG控制手段往往忽略了阻尼的作用。为进一步提升VSG对频率稳定性的贡献,在传统VSG控制策略的基础上,结合力学原理证实了VSG虚拟惯量可进行实时变化的可行性,分析了同步发电机转子惯量和阻尼系数与系统频率稳定性的关系,并设计了一种自适应惯量阻尼综合控制(SA-RIDC)算法,实现了虚拟转动惯量与虚拟阻尼的交错控制。通过MATLAB/Simulink仿真工具,将所提出的SA-RIDC算法与传统固定惯量阻尼控制和自适应惯量控制进行对比,结果表明SA-RIDC算法在改善系统频率稳定性方面有着显著的效果。     

面向大容量直流闭锁的暂态稳定紧急切机控制策略研究

在交直流混合系统中,大容量高压直流线路闭锁造成的永久性功率冲击将引起送端交流系统机组不同程度的加速运动,可能造成送端机组失步运行。主要对大容量直流输电线路闭锁后的切机策略展开研究。首先分析比较了直流闭锁故障与短时功率冲击对送端系统稳定性的不同影响,提出了三角形近似法求取切机总量,改善了控制总量预估的保守性。然后从减速能量角度定义切机灵敏度指标,基于此形成切机比例上限约束下的切机量分配方案。在搭建的典型两区域交直流混合电网进行了仿真分析,验证了所提方法的有效性。该方法能够充分发挥领先机群中高灵敏度机组对于暂态稳定恢复的影响,可有效减少切机量,降低暂态稳定控制代价。     

多光伏发电参与电网频率调节的动态协调机理

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,致使电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。文中以多光伏发电单元并联系统为研究对象,通过改进各逆变器的控制策略,实现其虚拟惯量控制。基于光伏发电不平衡有功功率激励—相位输出响应关系,分析控制增益系数、时间常数以及锁相环控制带宽对其惯量特性的影响。同时,以两机并联系统为例,分析电网频率动态过程中各光伏发电单元的协调运行机制,揭示电网频率动态过程中不平衡功率的分配机理,并推广至多机并联系统。最后,基于时域仿真算例验证了理论分析的有效性、控制策略的可行性。