基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

含变速恒频风电场的电网频率协调控制策略

为了深入挖掘变速风电机组的调频潜力,提出变速恒频风电机组以改进的超速与变桨协调控制为基础,并配合常规机组进行调频控制的协调控制策略。通过超速与变桨协调控制,变速恒频风电机组减载运行使风电场留有一定的备用功率,可以保证电网在负荷波动时的功率平衡和频率稳定。仿真分析表明,协调控制策略可以有效地发挥风电机组的有功发出能力,并提升电网的频率稳定性。     

基于合作博弈理论的互联电网AGC协调控制

为保证频率和联络线功率的控制效果及合理利用全网的AGC调节资源,提出了一种基于合作博弈理论的互联电网AGC协调控制。根据频率偏差绝对值的大小对系统运行状态进行等级划分,等级不同控制区频率偏差系数的设定方式不同,实现区域电网间AGC控制的协调配合。建立了AGC协调控制中各控制区收益的数学模型,包括互为备用少设置AGC调节容量所节省的费用模型和承担控制区之外调频责任所花费的费用模型,当系统处于联合调频区时,采用合作博弈的Shapley值和核仁模型对各控制区的收益通过周期性改变频率偏差系数的方法调整承担调频责任所花费的费用,实现各控制区收益的优化分配。采用三控制区互联电力系统进行仿真,结果验证了基于合作博弈理论的互联电网AGC协调控制的有效性。     

考虑双馈异步发电机转速限制的电网频率协调控制策略

双馈异步发电机(DFIG)参与惯性调频能减小频率变化率,一次调频能减小稳态频率偏差。为解决上述两种策略协调控制过程中因频率偏差和微分系数选择而易导致异步发电机转子转速越限的问题,提出一种考虑转速限制的电网频率协调控制策略。通过控制DFIG的输出功率,确保转速偏差和频率偏差成正比。以转子转速为约束,整定频率信号的比例系数。根据电网频率变化情况,调整输出功率参考值,使得转速保持恒定,且有利于频率的恢复。仿真结果验证了所提策略能有效防止转子转速越限,有助于提高系统频率的稳定性。     

含大型风电场的弱同步电网协调控制策略

针对含大型风电场的弱同步电网频率稳定问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)技术的风电机组多模型预测控制(MMPC)调频控制策略。该控制策略根据风速条件设定预测模型库,能够在不同风速条件下协调控制桨距角与发电机转矩改变风电机组出力响应弱电网频率的变化,从而有效提升风电机组的频率调节能力。同时,针对弱同步电网的电压稳定问题,引入静止同步补偿器(STATCOM)建立中心控制系统。通过中心控制系统实时的有功-无功协调控制,可以保证在负荷波动和故障情况下风电机组不脱网并维持弱电网电压和频率的稳定。仿真分析表明所提出的控制策略的有效性。     

风电场一次调频分层协调控制研究与应用

大规模并网风电场参与一次调频是电网为保证自身安全做出的必然选择,有功响应的快速性和稳定性是风电场需要解决的关键问题。提出一种基于分层架构的风电场参与电网一次调频的控制策略。在风电机组控制层,提出了一种改进的带惯量补偿的有功控制策略,提高一次调频的响应速度。在风电场控制层通过改进的惯量响应协调控制和功率备用控制策略,避免电网频率出现波动,并满足不同风况下备用功率的要求。基于Matlab/Simulink建立了含风电场的电力系统仿真模型,仿真结果表明风电场具备全工况条件下参与电网一次频率调整的能力。最后在某49.5 MW风电场现场验证了所提控制策略的有效性。     

基于风电机组频率主动支撑的多时间尺度调频控制策略

针对大规模风电经特高压直流外送系统送端惯量降低、调频能力下降等问题,提出了一种双馈风电机组与同步机组共同支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,有效提升了系统频率稳定性。根据同步机组调频备用容量与扰动功率分析了不同场景下送端系统的频率调节需求,提出了计及调频死区的双馈风电机组频率主动支撑多时间尺度协调控制策略,通过限幅环节及切换逻辑的合理设计实现了变速控制与桨距角控制的协调配合。基于同步机组备用容量设计了双馈风电机组的调频死区值,使其能够针对不同场景自适应切换惯量支撑和一次调频作用,实现调频资源的优化利用。然后分析了双馈风电机组与同步机共同参与频率调节的动态响应过程,进一步证明其优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了大规模风电经特高压直流外送系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

基于粒子群算法的一次调频参数优化研究

本文以经济性为目标,在研究区域电网运行频率特性的基础上,在区域电网频率稳定的条件下,提出了基于粒子群算法的发电机组一次调频优化方法。建立了区域电网一次调频的仿真模型,仿真结果表明基于粒子群算法的以经济型为目标的一次调频参数优化方法是有效的。     

计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化

当电动汽车利用车网互动(V2G)技术参与电网一次调频时,其下垂控制特性会影响原负荷频率控制的调频性能。基于此,提出了一种计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化方法。建立了含电动汽车的多区域多机组系统的负荷频率控制模型;在此基础上,针对电动汽车电池特性及二次调频出力的有效工作范围,考虑系统内机组的特性等,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为目标函数,建立了电动汽车辅助调频与传统机组二次调频的联合优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。在MATLAB/Simulink中针对阶跃负荷扰动及长时间随机负荷扰动的情况,对联合优化前、后系统的动态响应进行了对比分析。仿真结果表明:所提联合优化方法能有效地改善负荷频率控制的稳态响应速度、优化系统的调频性能,并且能够保证用户对电动汽车的用电需求。     

高渗透率水电接入的变电站备自投逻辑优化研究

首先分析了含高渗透率水电区域电网的孤网运行频率特性,指出水电残压造成变电站备自投动作时间长、正确动作率低的问题,提出了含高渗透率水电区域电网的快速同期并网功能的方案,并指出了增加频率变化率作为快速同期并网判据以及水电机组高频保护判据的必要性。提出了基于扩展卡尔曼滤波的快速频率及频率变化率计算方法,给出了电网基波频率快速跟踪算法流程。在此基础上,根据小水电孤网初期频率不能突变的特征,提出了改进的备自投及水电机组高频保护逻辑。通过PSCAD仿真验证了对含高渗透率水电区域电网的孤网运行频率特性分析的正确性,并在自主研发的备自投装置中实现并验证了所提算法。通过实际工程验证了所提备自投方案的有效性。所提备自投方案可显著降低含高渗透率水电区域电网的备自投时间,提升电网的供电可靠性。     

适于多种电源接入的分散协调AGC控制方法

以风电、径流式小水电为代表的间歇性能源已在电网大规模接入,此类能源发电的不确定特性使得电网在调频方面临新的挑战。本文提出了一种适应于多种能源接入的分散协调自动发电控制方法,该方法在AGC控制的过程中考虑多种电源及负荷分布特点,通过不同类型机组在部分局部区域协调配合,以改善电网频率控制性能,同时减小集群间歇性电源有功波动造成的影响。文章从分散协调控制方法、协调控制策略等方面介绍了针对多种能源接入后AGC控制的适应性方案。采用某省级电网的实际模型及数据进行仿真,验证所提方法的有效性。     

用于频率紧急控制的水电群精准控制策略

随着大规模水电集中开发,水电高占比大容量外送电网已具备一定规模,其频率安全问题越发凸显,现有离散的控制策略在控制精度上已难以满足控制需求。提出用于频率紧急控制的水电群精准控制策略,在电网发生故障出现较大功率盈余时采用传统离散切机和水电机组出力快速调节的协调控制策略,实现故障情况下对水电群的精准控制。提出了水电机组出力快速调节方法,通过安全稳定控制系统直接给水电机组调速系统下发水电机组出力快速调节指令,快速调节水电机组出力,代替部分离散切机量,可有效解决现有安全稳定控制系统存在的过控/欠控问题。算例仿真结果验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

澜沧江上游梯级水电站送出方案的无功配置研究

针对澜沧江上游梯级水电站500kV出线线路总长度较长,充电功率较多,但水电站出线长度普遍较短的情况,提出了3种梯级电站无功配置方案。通过电力系统潮流稳定计算分析软件BPA对3种无功配置方案下水电站附近区域电网电压进行仿真计算,结果表明若仅靠常规的线路高抗配置方案将可能导致系统电压偏高需要水电站进相,若采用短线路过补偿方式则可能引起的工频谐振过电压等问题,难以满足系统调压要求。推荐的无功配置方案考虑在合适的澜沧江梯级水电站母线侧装设500kV高压电抗器,高压电抗配置补偿率合理,能够较为合理地控制系统电压。     

福建电网建设抽水蓄能电站的必要性论证

分析了福建电网电源结构的特点和调峰现状。根据典型日和典型周尖峰负荷需求与尖峰容量平衡分析了福建电网对抽水蓄能电站的需求;并详细分析了抽水蓄能电站在福建电网中的作用及经济性。结果表明,抽水蓄能电站在2010年福建电网中的替代作用比较显著,在电力平衡中可充分发挥作用;建设抽水蓄能电站可增加调峰和各用容量,改善福建水电的供电质量,提高水电电能的利用,还可作为电网的调频、调相、事故备用、黑启动电源,对电力市场的安全和电网经营起重要作用。因此,福建电网建设抽水蓄能电站是必要的。     

一种新型直调电厂机组绩效考评模式

电厂自动发电控制（AGC）控制精度及负荷曲线执行准确度是影响电网频率及控制性能标准（CPS）考核成绩的重要因素。提出一种新型的直调电厂机组绩效评价体系,利用自动化的数据采集模块对中调直调电厂机组的运行情况进行科学的统计,并通过内部协调控制模式实现对机组AGC及负荷曲线执行情况的跟踪评价分析,从而实现对电厂的有效管理。基于此,结合广东电网的实际情况,提出了适用于广东电网采用的直调电厂机组绩效考评模式,实际应用证实了该模式的可行性。     

水-火电机组频率控制策略研究

哈密—郑州特高压直流输电送端电网存在大量的水电机组,掌握水电与火电一次调频特性及其差异对大功率输电安全稳定性具有重要意义。以哈密—郑州特高压直流输电送端电网为研究对象,仿真分析了在较高水电负荷比例条件下不同控制参数对调频控制的影响,结果表明,提高水、火电机组的稳定性和持续性都能显著提高综合调频能力和混合电网的频率稳定性,但水电机组容量的增加会提高电网频率的动态超调。此外,水、火电机组调频指令与负荷的线性度水平都有待进一步规范。     

基于电网考核细则框架下的一次调频功能优化

介绍了火电机组一次调频功能,对辽宁电网一次调频考核细则进行了深刻解读,提出了基于电网考核细则框架下的一次调频功能优化方案。此方案既从外部环节查找问题原因,又从内部组态制定控制策略、优化控制逻辑、调整控制参数。针对考核细则要求进行改进与完善,实现了火电机组一次调频能力的有效提升,为火电机组一次调频功能优化提供依据。     

提高单元机组自动发电控制技术指标方法探讨

分析论证并经试验验证了发电机组协调控制系统的各项基本功能,分析了影响发电机组响应电网控制指令速率的主要原因,提出了优化电厂协调控制系统控制策略的方法,在此基础上针对不同干扰因素提出优化机组自动发电控制技术指标的方法,提出单元机组机网协调大闭环控制策略,采取此方法对发电机组协调控制系统进行优化调整后,均能满足电网调度的技术指标。     

考虑经济性与可靠性的大小水电短期协调消纳模型

在多级输电断面限制的富水电地区,开展大小水电的协调调度是提高水电整体消纳量的重要举措,但同时大规模小水电的并网也给电网运行带来了风险。为此,文中构建了兼顾系统经济性和可靠性的大小水电协调消纳模型,从可消纳电量、网损和梯级蓄能三方面衡量系统的经济性,并引入电力不足概率评估系统可靠性。模型求解方面:为准确表征系统可靠性,基于实时运行状态进行评估,并采用蒙特卡洛模拟求解;然后,通过梯级负荷切分与再分配的组合原理生成可行初始解,并采用考虑约束容忍度的改进粒子群优化算法求解协调模型,提高了搜索效率。实际应用表明,该模型可有效利用梯级大中型水电的调节能力,协调地区小水电送出,提高系统运行可靠性和水电整体调度效益。