基于惯量比的电网频率支撑能力在线评估方法

随着新能源接入比例不断提高，电力系统有效转动惯量逐渐减小以及传统调频资源的稀缺化，电网频率稳定问题日趋凸显。为量化评估电网的频率支撑能力，在分析频率调节动态过程的基础上，指出频率支撑能力应包含惯量响应能力和一次调频响应能力2部分。相应地，设计了能够涵盖跨区送受端电网不同特性需求的惯量比指标；提出了考虑电网运行频率偏差和变化率约束的转动惯量裕度、可承受最大扰动功率和惯量比等指标及其在线评估方法。采用CEPRI36算例和实际电网运行数据，验证了所提频率支撑能力指标及评估方法的有效性与合理性。     

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。     

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。     

考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法

随着新能源渗透率逐步提高,系统在大功率扰动下的频率稳定问题日益严峻,限制了系统新能源的消纳能力。为了合理规划新能源的接入容量,亟需对系统的最小惯量和一次调频容量进行评估。为此,针对大功率扰动下惯量响应与一次调频响应间的相互作用进行了研究。首先,以传统单机模型为基础,推导出了计及调频死区的频率响应过程表达式。然后,以扰动后的最低频率限值为动态频率稳定约束条件,建立了系统最小惯量与一次调频容量评估模型,估算了系统最小功频静态特性系数和最小惯性时间常数,计算并绘制了惯量响应和一次调频响应的功率曲线。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中搭建了IEEE 10机39节点模型,验证了所提最小惯量与一次调频容量评估方法的准确性和研究价值。     

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。     

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。     

考虑惯量充裕度与频率变化率的互联电网在线频率安全分析

新能源装机占比的快速提高显著降低了系统惯量水平,在线评估电网的频率安全裕度可有效指导系统安全运行。首先在分析系统惯量组成的基础上，提出了考虑负荷特性与外受电水平的电网惯量计算方法，得到了电网惯量充裕度指标与频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)指标。然后基于惯量充裕度指标与RoCoF，分析了故障冲击、外受电水平和马达惯量对系统频率安全的影响，提出了区域电网互供能力分析方法。其次通过仿真验证了指标的准确性，检验了等效惯量和电源出力均具有置换特点。最后提出了电网惯量充裕度在线评估流程及安全运行域分析方法，为指导电网安全运行提供了决策依据。     

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。     

大扰动下缺额功率分配及频率分布特性研究

特高压交直流输电工程不断投运,电网功率扰动事件频发。同时越来越多的新能源在电网中取代部分传统机组,导致电力系统的惯量水平下降,对频率支撑能力下降。为此,研究了电网受扰时不平衡功率的分配特性、频率压降的分布特性以及在新能源机组附近产生的连锁反应。根据频率分布的特点提出了区域惯量的概念,并进行仿真分析。结果表明,不平衡功率分配大小与线路阻抗有关,且频率变化率具有分布特性频率响应的分布特性有利于后期新能源并网惯量调频措施的研究。     

考虑频率响应分散性及系统分区的含风电系统等效惯量估计

随着电力系统中新能源机组渗透率的快速提高,系统惯量水平下降将威胁系统频率稳定性,惯量的空间分布特征也将更加凸显,频率响应的分散性将不能被忽略。针对以上问题,提出一种考虑频率响应分散性及系统分区的含风电电力系统等效惯量估计方法。首先,为降低频率响应分散性对估计精度的影响,基于谱聚类算法对电力系统进行分区,并基于皮尔逊相关系数定义频率相似度指标确定区域频率的最优测量节点。其次,由于测量所得的频率变化率(rate of change of frequency, RoCoF)曲线中包含大量的振荡分量,提出一种基于摇摆方程的数值积分方法估计区域及系统全局惯量。最后,在DIgSILENT/PowerFactory中建立改进IEEE10机39节点系统以验证所提方法的有效性。仿真结果表明,该方法适用于不同场景下含风电系统的等效惯量估计。     

能量约束下电力电子并网装备的最优频率控制

大规模新能源并网导致现代电力系统的旋转惯量相对减少,频率动态特性变差。为支撑系统频率,通常要求新能源发电装备具备一定的惯量模拟或一次调频等附加控制功能,但目前在新能源的最优频率支撑方面研究较少。文中以最优控制为切入点,初步探讨了当参与调频的新能源存在能量约束时,作为并网接口的电力电子装备的最优功率支撑轨迹以及近似的最优控制结构。首先,从理论上推导并给出了多机系统的频率共模分量。该共模分量主导了电网的频率跌落特性。然后,基于高斯伪谱法研究了能量约束下电力电子装备在系统频率跌落时的最优支撑轨迹。最后,探索了电力电子并网装备支撑电网频率的最优反馈控制结构,指出虚拟惯量控制加下垂控制近似于最优的控制结构,且在可调用的能量较小时单独使用虚拟惯量控制优于下垂控制。仿真验证了理论分析和所讨论的频率最优控制结构的合理性。     

FR型防振锤的结构参数和计算程序

以往按照程应镗先生给出的FR型防振锤设计计算数学模型,计算得出的防振锤一频(垂直)振动频率,与实际试验结果差异较大。针对该计算方法存在的问题,提出了不同的计算方法,并用计算机程序计算,得出的防振锤结构参数比较接近实际试验结果。     

计及等效转动惯量的储能最优调频控制方法

未来电网侧大规模储能将承担系统更多调频任务,因此研究储能系统提供的等效转动惯量是十分必要和有益的。根据系统频率变化等效原则,研究了储能系统转动惯量计算方法,同时比较了典型控制方式下的储能系统转动惯量特性,给出了储能系统不同控制方式的应用场景。根据储能系统不同控制方式下的等效转动惯量特性,给出了一种最优调频控制方法。通过建立仿真环境,对不同控制方式下的储能转动惯量进行计算,对储能系统不同控制方式在频率变化的不同阶段进行分析,验证了理论分析结果的正确性及最优调频方法的有效性。     

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

风电调频的控制参数选择及其影响分析

随着风电在电网中渗透率的提高,友好型风力发电场需要具备类似于同步发电机组的调频能力,为进一步提高系统的频率质量,有必要对风电调频的控制参数及其影响进行深入研究。风电机组的调频主要体现在降低负荷突变初期的频率变化率,同时减小系统稳定后的频率偏差,本文从减载、虚拟惯性、一次调频控制的角度找出了影响调频的控制参数,并定量分析各参数的大小对频率特性的影响。最后建立含风电的三端系统仿真模型,计算了不同的调频控制参数下风电机组的频率特性,仿真结果表明,通过对调频控制参数的合理设置,可有效的提高风电的调频能力,从而提高系统的频率质量。     

基于主动支撑型VSCs的新能源电网惯量调控与特性分析

随着新能源渗透率的不断增加,电网的惯量水平和一次调频能力不断下降,导致系统鲁棒性降低。传统电网惯量由同步发电机的旋转大轴提供,为固定不变的刚性惯量,而主动支撑型电压源型变流器（VSC）具有惯量柔性调控特性,可灵活调控系统惯量中心偏向功率扰动点,以提高区域电网的频率稳定。首先推导了2区互联系统的惯量中心点位置,其次介绍了具有同步发电机惯量特性的VSC主动支撑控制策略,最后利用主动支撑型VSC惯量柔性调控特性,调节惯量中心点向功率扰动点偏移,削弱不平衡功率对系统频率的冲击,从而提高系统的鲁棒性。在DIgSILEN/PowerFactory仿真环境中搭建4机2区系统验证了结论的准确性。     

RoCoF下垂控制的直驱式风电系统惯量特性分析

直驱式风电机组大规模接入电网,导致传统电网的惯量减小,电网频率支撑能力相对减弱,在受到扰动时更容易引起电网频率偏移和频率变化率过大。针对此类问题,本文首先提出一种频率变化率(the rate of change of frequency, RoCoF)下垂控制策略,旨在提高直驱式风电系统的惯量作用,抑制频率偏移量和RoCoF。其次,类比传统同步机在机电时间尺度下的动态分析理论和方法,建立了风电系统在直流电压时间尺度(DC-Voltage Timescale, DVT)下的动态模型。基于所建立的DVT动态模型,采用经典的电气转矩分析法研究了风电系统的惯量效应,揭示了主要的控制环节对风电系统惯量特性的影响规律、主导因素与作用机制。最后,对传统的频率偏差下垂控制与本文提出的RoCoF下垂控制策略进行了详细的对比,并通过实验验证了所提出的控制方法和分析结论的正确性。     

基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法

大规模新能源通过电力电子设备并入电网,影响电力系统的动态运行特性。惯量是反映电网抗频率扰动能力的重要特性指标。基于机电扰动传播特性建立数学模型,通过分析扰动传播速度与惯量之间的映射关系,提出了电网母线节点的惯量分布辨识方法,实现对电网不同节点的频率抗扰动能力的在线评估。基于惯量分布结果,进一步评估了新能源接入对电力系统惯量特性的影响。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所提惯量分布辨识方法的有效性,分析了新能源接入对电网惯量分布的影响。