基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

基于系统惯量需求的风储协同快速频率响应技术EI北大核心CSCD

利用频率安全预警预估系统惯量需求,并通过风储协同虚拟惯量支撑完成频率快速响应是保障新型电力稳定运行的关键。该文首先分析频率安全约束下的系统惯量需求。其次,分析风、储虚拟惯量响应特性,建立含虚拟惯量风储系统的频率响应模型,并量化系统频率变化特性及惯性响应时间。在此基础上,为完成频率预警,通过风、储运行约束离线评估风、储惯量的储备能力,并根据系统惯量需求,预估扰动参考功率,提出风储协同快速频率响应技术,完成风、储虚拟惯量分配。最后,搭建风电高渗透区域电网仿真系统,验证在所提控制策略下常规发电机组及风储可协同形成多源频率快速响应,灵活满足系统频率安全的设定要求。     

虚拟同步控制的暂态特性优化策略研究

虚拟同步控制策略具有降低功率暂态响应最大频率偏差的优势。但在指令功率或电网频率出现扰动时,虚拟惯量的引入会造成较大的暂态功率振荡和超调。与真实的同步发电机不同,虚拟同步控制策略可以灵活地改变控制结构及其相关参数以改善系统的暂态性能。该文提出2种基于电网频率参与虚拟惯量功率控制的改进虚拟惯量策略:电网频率估计策略和电网频率前馈策略。并根据响应特性能给出详细的参数设计方法。此外,对比研究2种策略在功率指令扰动和电网频率扰动工况下的暂态功率和频率的响应特性。仿真与实验结果表明,与传统方法相比,2种改进策略均能提高虚拟同步的暂态性能。     

基于相对增益矩阵的惯量响应空间耦合特征分析

随着风电、光伏等新能源占比的不断提高,电力系统的惯性逐步降低,受扰动后惯量响应引起的频率变化率增大,给频率安全稳定带来了威胁。受电网拓扑结构的影响,惯量响应的频率变化情况与功率扰动位置之间存在空间上的耦合特征。针对惯量响应在空间上的差异性,通过计算多机系统惯量响应模型的相对增益矩阵,量化了发电机惯量响应与有功功率扰动之间在空间上的耦合关系。仿真结果表明,相对增益能直观地表征不同位置和类型的功率扰动对发电机惯量响应的影响,对功率事故下低惯量系统的频率安全稳定分析与控制具有重要意义。     

基于相对增益矩阵的惯量响应空间耦合特征分析

随着风电、光伏等新能源占比的不断提高,电力系统的惯性逐步降低,受扰动后惯量响应引起的频率变化率增大,给频率安全稳定带来了威胁。受电网拓扑结构的影响,惯量响应的频率变化情况与功率扰动位置之间存在空间上的耦合特征。针对惯量响应在空间上的差异性,通过计算多机系统惯量响应模型的相对增益矩阵,量化了发电机惯量响应与有功功率扰动之间在空间上的耦合关系。仿真结果表明,相对增益能直观地表征不同位置和类型的功率扰动对发电机惯量响应的影响,对功率事故下低惯量系统的频率安全稳定分析与控制具有重要意义。     

异步电机频率支撑能力分析及其等效惯量评估

与传统电力系统相比,新型电力系统正逐渐演变为直流和新能源高渗透的低惯量电力系统,负荷侧惯量占比逐渐升高。异步电机在负荷侧占有较高的比例,其在惯性时间尺度下所发挥的频率支撑作用需要进一步的研究。为了评估惯性时间尺度下异步电机的等效惯量,本文建立机电暂态下的异步电动机的小信号模型,推导出其有关异步电机消耗功率和系统频率偏差的传递函数。同时本文推导出异步电机对电力系统的有效惯量并分析异步电机对电网呈现惯量的时变特性。根据惯量响应阶段频率支撑能力这一思想,分析影响异步电机惯量频率响应的因素。提出异步电机等效惯量评估模型,量化体现出动态负荷的惯量频率支撑能力。最后在MATLAB/Simulink以及PSASP平台搭建仿真模型,验证本文提出评估模型和方法的正确性和有效性。     

考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估

新能源高占比系统带来的低惯量问题已严重影响大扰动下系统频率稳定性,频率各项指标愈发接近安全域边界。为量化系统频率响应能力,明晰系统运行边界,该文在分析系统惯量需求必要性基础上,提出考虑频率变化率(rateof change of frequency,RoCoF)及频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法。在RoCoF约束方面,将静态负荷电压特性引入评估模型,并根据扰动瞬间功率分配机理对大电网动态频率空间分布特征进行量化;在频率最低点约束方面,通过建立含多类型调频资源的系统频率响应模型进行最小惯量评估。根据所提方法,给出考虑我国电网运行特性及稳定性要求的送、受端系统最小惯量评估方法。根据不同频率约束下的惯量不足,给出可行应对措施,并分析各项措施与最小惯量关系,包括直接增大系统惯量、电力电子电源快速调频、降低扰动功率和放宽频率约束等。最后,采用改动的WSCC 3机9节点系统和大电网系统,验证方法有效性和准确性,为保障系统稳定运行及运行方式安排提供理论支撑。     

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。     

高比例电力电子电力系统频率响应的惯量体系研究

高比例电力电子电力系统中,大规模新能源与直流跨区输电接入替代了原同步电网的部分同步机,系统惯量在特点及形式上发生改变,由此带来的低惯量问题改变了系统频率特性,传统惯量响应体系及分析方法面临挑战。该文从传统同步系统频率响应机理出发,阐述电力电子设备接入对系统频率动态过程的影响。针对高比例电力电子电力系统的复杂惯量响应特性,在充分分析惯量响应阶段影响因素及作用机理基础上,从惯性为抵抗系统频率变化的物理属性出发,对同步发电机惯量的概念进行拓展,提出电力系统广义惯量定义,并从系统层面对不同惯量形式进行梳理并分类,形成系统频率响应的广义惯量响应体系及分析方法。最后,介绍新能源接入对系统惯量进而对系统频率的影响,并对未来电力系统广义惯量水平进行推演,从而为高比例电力电子电力系统频率稳定研究奠定基础。     

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。     

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。     

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...     

计及低频减载动作的最大暂态频率偏移快速估计

随着大容量远距离高压直流输电工程建设和大规模可再生能源的接入,受端电网频率安全风险增大。针对大容量直流闭锁等可能触发低频减载的严重扰动,文中提出基于机器学习的电力系统最大暂态频率偏移快速估计方法。将问题分解为低频减载响应判断和最大频率偏移估计两个子问题,通过子模型交替求解估计最大暂态频率偏移;基于支持向量回归方法构建最大频率偏移估计子模型,以支持向量机为个体学习器构建基于Bagging集成学习的低频减载响应判断子模型;以运行方式信息和扰动信息为输入,采用ReliefF算法和主成分分析法对输入特征进行选择和提取,降低模型复杂度。以某多直流馈入受端系统为例构建最大暂态频率偏移估计模型,验证所提方法的准确性和适应性。     

考虑频率约束及风电机组调频的风电穿透功率极限计算

随着风电渗透率持续增加以及虚拟惯性/一次调频控制技术逐步推广应用,准确计算风电穿透功率极限对于确保电网安全稳定运行和指导风电并网规划建设具有重要意义。为此,文中定量表征了风电场虚拟惯性响应特性,并采用传递函数模型表示风电场一次调频响应特性,进而建立了包含风电场、同步发电机组调频控制的电网等值转子摇摆方程,用于描述电力系统频率响应特性。在此基础上,以电网稳态频率偏差约束和频率变化率约束为边界条件,提出了风电穿透功率极限的解析求解方法。最后,通过IEEE 14节点系统算例验证了所提方法的精确性和有效性。     

电力电子并网装备等效惯量评估研究进展

高比例新能源依靠变流器等电力电子设备并网,削弱系统惯量特性的同时也丰富了系统惯量的来源。为明晰惯量评估在新型电力系统中的作用和潜力,评述了国内外电力电子并网装备等效惯量评估领域的研究进展,并提出探讨与展望。从能量来源的角度简要阐述等效惯量的内涵,根据功率扰动和频率量测2个要素,回顾惯量离线估计的研究历程。通过划分2种主流的研究思路,对电力电子并网装备及新能源电力系统的惯量在线评估研究成果进行梳理。最后尝试对未来新能源电力系统惯量评估领域需深入研究的方向提出展望。