“9·19”锦苏直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析及思考

小负荷方式下系统的频率稳定形势日趋严峻。针对华东电网"9·19"事故,从负荷模型及调速器/原动机模型角度研究分析了影响华东电网频率响应特性的关键因素。基于实测数据,对华东电网负荷频率响应因子,机组的一次调频限幅、调差系数,以及锅炉主蒸汽压力模型相关参数进行了辨识,复现"9·19"事故的频率响应特性。根据辨识结果反映的问题提出了相关建议。     

基于模型预测控制的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略

新型电力系统“双高”运行特性给电网频率稳定控制带来严峻挑战,电解铝负荷属于温控负荷,具备功率可调容量大、热惯量大及调节时间快等特性,是一种较好的调频资源。为此,提出了一种基于模型预测控制(model predictive control, MPC)的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略。首先,对电解铝负荷进行了精确建模,为电解铝负荷参与频率控制奠定基础;其次,计及发电机速率限制和负荷调节深度约束,提出了模型预测频率响应模型;最后,基于模型预测控制策略,在考虑不同电解铝可调容量参与系统调频中进行仿真分析。仿真结果表明,电解铝负荷可以提升系统抗扰动能力。所提MPC策略具有良好的控制效果,表现出较强的鲁棒性,能够有效缩短调频时间,提升系统调频的动态性能。     

水火电力系统一次频率调节的协调控制方法

电力系统频率是电力系统运行参数中最重要的参数之一,机组一次调频作用成为稳定电网频率的关键因素。本文从频率动态过程及发电机组一次调频机理出发,充分考虑负荷频率特性、频率一次调节备用容量特性、发电机调速器响应特性和不平衡功率分配问题,从而建立互联区域发电机组的一次调频数学模型,该模型可以用于分析不同类型发电机组在频率一次调节的电力系统频率动态变化过程和足够准确的评估发电机的机械功率对应值与负荷频率之间的关联关系。具有不同类型能源机组的电力系统利用连续时间系统的传递函数模型来研究负载扰动下频率响应动态过程及其各发电机组参数的特性。     

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。     

电力系统频率动态过程仿真中锅炉动态特性影响研究

在对实际大区域电网进行频率动态过程的研究中发现,仿真所得的频率轨迹与量测装置记录到的实测轨迹偏差较大。解释了轨迹偏差产生的原因和特点,指出仿真系统中所采用的火电机组负荷调节系统模型中未考虑锅炉主蒸汽压力对频率动态过程的影响。根据分析,在仿真系统中自定义了计及锅炉动态特性影响的机组负荷调节系统模型。考虑锅炉动态特性对发电机组输出功率的影响,将模型中锅炉主蒸汽压力侧的影响等效为一阶惯性环节,应用调整后的模型进行仿真计算。为使频率动态过程的仿真轨迹与实测轨迹相接近,进一步修正了惯性环节中的时间常数。     

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。     

考虑动态频率安全的风电参与负荷恢复优化调度

针对含大规模风电的电力系统在大停电后负荷恢复阶段的频率安全问题,考虑风电机组的虚拟惯量和一次调频响应过程,基于系统等值摇摆方程构建含风电电力系统动态频率响应模型,推导出初始频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)和最低点频率的解析表达式,并将其作为系统动态频率安全约束;在此基础上,以恢复负荷量最大和恢复时间最短为目标,提出考虑动态频率安全约束的系统多时段恢复优化调度模型,并给出非线性约束的线性化方法,以提高恢复决策的效率;以改进的IEEE-39节点系统进行算例验证,结果表明所提模型能够给出保证频率动态安全的风电、负荷的有序接入及常规机组出力方案,且恢复速度快。     

大规模海上风电接入的受端电网频率特性

随着海上风电的快速发展并大规模接入电网，电网系统机械惯量和频率调节能力大幅下降，严重影响受端电网的频率稳定性。为了准确分析大规模海上风电接入的受端电网频率稳定问题，提出一种包含直流频率限制控制器(frequency limiting controller, FLC)和风力发电机(wind turbine generator, WTG)参与调频的频率响应聚合(frequency response aggregation, FRA)模型。以我国南部某省为例，采用所提出的FRA模型，分析WTG接入形式、直流FLC、直流闭锁容量和WTG参与调频对受端电网频率响应过程的影响。通过理论和仿真分析得到系统惯性、调频容量和直流FLC容量与频率响应曲线中频率最低点、准稳态频率等指标的相关性，并给出大规模海上风电接入的受端电网维持频率稳定的有关建议。分析结果表明：我国南部某省风电渗透率在10%～40%区间；风电辅助调频容量达到装机容量的5%时，系统最低频率可以维持在49.5 Hz以上。因此，使海上风电机组具备调频能力，可以有效改善大规模海上风电接入系统的频率稳定问题。     

风-铝联合系统协同频率控制策略研究

对于含有大规模新能源接入的联网型高耗能工业电网,新能源功率波动势必造成联络线功率波动以及额外备用容量费用,不利于工业电网经济运行。为深入挖掘源荷两侧调频资源,基于IEEE标准两区域模型,提出一种考虑风 铝联合的源荷协同频率控制策略。首先,基于自饱和电抗器建立电解铝负荷有功功率消耗与直流电压的耦合关系模型。其次,基于电解铝负荷特性提出一种电解铝参与的电网辅助调频策略。同时考虑风机惯性控制的快速频率响应能力,将电解铝负荷与风电机组调频手段结合,联合参与系统频率调节。最后,仿真验证了所提控制策略能有效抑制孤立电网的频率波动,使电力系统具有更强的抗干扰性和更快的动态响应。     

基于MPC方法的风电场一次频率协调控制策略

随着越来越多的风力发电机通过电力电子设备接入电网,系统频率稳定性问题需要关注.提出了一种模拟预测控制方法,在风电场一次调频过程中,降低转子转速畸变率.通过该模拟预测控制器实时测量风力发电机递归拟合动态模型并优化有功调度,实现完全数据驱动控制方式.协调风电机组群运行,使风电场一次调频具有灵活的频率下垂特性,稳定各风电机组的转子状态,延长机组工作寿命.同时,该协调控制策略可以通过在线调整风电场的下垂特性来追踪上级控制中心发出的调度信号.以IEEE9总线研究案例,验证了该方法的有效性.     

特高压线路解列后区域互联电网一次调频稳定性研究

以京津唐—河北南网—山西电网3区域互联电网为研究对象,对山西—荆门特高压输电线路故障跳闸后互联电网的频率响应和联络线功率变化特性进行了仿真分析,研究了一次调频相关参数对电网安全稳定性的影响,结果表明,等效调速不等率、控制系统延时、电网转动惯性时间等参数对电网频率稳定性影响较大,研究结果可为提高特高压电网一次调频稳定性提供参考。     

基于动态下垂系数与SOC基点的储能一次调频控制策略

为高效利用储能资源满足电网一次调频需求,提出一种基于动态下垂系数与动态SOC基点(Dynamic Droop Coefficient and Dynamic Reference of SOC,DDC&DRSOC)的储能一次调频控制策略。提出以电网调频死区为分割边界将储能调频过程划分为调频阶段与SOC恢复阶段:在调频阶段,以SOC和最大频率偏差为控制量自适应调整储能出力深度以防止储能SOC的饱和或殆尽;在SOC恢复阶段,首先提出适应负荷变化的动态SOC恢复基点调整方法,然后提出兼顾SOC恢复需求与电网承受能力的储能出力确定方法,最后设计双层模糊控制器实现动态SOC基点值和储能出力值的确定。提出3个评价指标评估一次调频效果与SOC维持效果。以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动下验证了所提策略的有效性。仿真结果表明所提策略SOC维持效果较对比策略提高9%,调频效果提高4%。     

考虑SOC的电池储能系统一次调频策略研究

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)以其控制精度高、响应速度快等优势被广泛应用于电网中。为充分发挥BESS参与电网一次调频的优势,提出一种基于荷电状态(State Of Charge,?SOC)与频率偏差的综合控制方法。首先,为了改善电池循环寿命,设计基于荷电状态SOC的下垂系数与虚拟惯性系数。引入基于频率偏差的加权系数将下垂出力与虚拟惯性出力相结合,在频率偏差较小时增加虚拟惯性出力权重以稳定频率,在频率偏差较大时增加下垂出力权重以快速调节频率偏差,并在频率偏差超过一定限度后进行故障穿越时的频率支撑,而当电网状态变好且SOC较低或较高时进行SOC恢复。其次,提出BESS参与电网一次调频的评价指标以定量评估所提策略的调频效果及SOC维持效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建BESS仿真模型,并在阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、瞬时性短路故障及光伏间歇性出力扰动工况下仿真验证所提策略的调频效果及SOC维持效果。仿真结果表明,所提策略能实现较好的调频效果并将SOC维持在合理区间内。研究成果为BESS成套设备生产厂家合理设计控制保护参数提供参考,对提升BESS涉网性能具有实际意义。     

天生桥水电站参与南方电网自动调频的探讨

随着南方电网的不断发展，电网调频工作日益艰难。天生桥水电站作为南方电网的枢纽发电厂，参与南方电网自动调频对保持和提高南方电网的频率质量具有重要意义。章对天生桥水电站参与南方电网自动调频的可行性进行了探讨，并提出了天生桥水电站出力应由南方电网总调AGC系统控制，机组发电出力由南方电网总调远方设定，当地只作监视不作控制等相关方案。     

基于深度Q学习的含用户侧储能微电网频率-电压数字化智能控制策略

频率与电压是衡量电能指标的重要标准。针对微电网受到负荷波动而引起的频率/电压调控问题,提出基于深度Q学习(deep Q-learning, DQN)的含用户侧储能微电网智能监控-控制策略。首先,通过考虑用户行为的随机性,增加了用户侧储能输出的随机约束,并引入四象限充放电的模型,构建用户侧储能的集群充放电模型,从而搭建出微电网频率-电压的协同控制模型。其次,设计基于DQN的频率/电压控制器结构与数字化智能控制平台,以系统实时的频率偏差、电压偏差与用户侧储能输出功率的上、下限约束为状态空间,以系统各机组出力为动作空间,并基于频率及电压2个控制目标,完成包含2个本地奖励的全局奖励函数的设计。算例结果表明：与传统PID控制器相比,所提DQN控制器能同时满足频率与电压的控制需求,更有效地应对负荷波动所引起的电能质量问题。     

基于OPF的互联电网AGC优化模型

提出了一种基于OPF的互联电网AGC优化模型。该模型在传统OPF模型的潮流安全约束基础上,考虑了发电机组和负荷的静态频率特性,增加了机组的爬坡速率约束、频率质量约束和互联断面的传输有功约束,同时以AGC机组的辅助调节费用最小为目标函数。所建模型扩展了OPF模型的应用范围,使其由发电计划的决策方法扩展为实时发电控制的决策方法,并避免了传统AGC策略的区域偏差和潮流安全约束的越限风险。采用预测-校正原对偶内点法求解所建模型,并通过对IEEE 39节点修正系统的仿真分析,验证了新模型的正确性和有效性。     

Transient Response of an Incinerator Plant by Considering Boiler Model With Dynamic Steam Variation

This paper investigates the effect of boiler steam system on transient response of turbine generators for an incinerator plant. By performing the test of cogeneration units, the mathematical models of turbine generator, governor, and boiler have been identified, which are used in the computer simulation to solve the steam pressure and system frequency of the cogeneration system for islanding operation after tie line tripping. Due to the variation of trash heat value, the power output of the cogeneration unit is stochastically varied with the steam generation for normal operation, which will cause the dynamic change of tie line power flows. For the severe fault contingency of external power systems, the cogeneration system will be isolated by tie line tripping, and the system frequency response is then determined by including the boiler effect to represent the dynamic steam generation. Because of more sluggish response of the boiler system caused by unstable trash heat value, the transient response of the incinerator governor system is inferior to that of conventional industrial cogeneration systems. To maintain the system stability for successful islanding operation of the incinerator plant, the amount of load shedding after tie line tripping has to be properly determined based on the transient stability analysis by considering the response of boiler system.     

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。     

计及电池老化的电动汽车储能频率响应控制

电动汽车入网后,不仅可以作为可控负荷充电,还可以作为分布式储能单元为电网提供辅助调频服务。在满足电动汽车用户充电需求的基础上,充分考虑储能电池循环充放电老化容量的衰减和可接受功率能力的降低,提出了一种计及电池老化衰减的电动汽车储能频率响应控制策略。该控制策略量化分析了电动汽车锂电池老化过程中容量衰减和功率能力变化,精确估计电池储能状态SOC,实时更新电池可接受最大充放电功率,有效避免了辅助调频过程中荷电状态超限和充放电倍率过大对电池造成的不利影响。通过算例分析验证了所提电动汽车储能频率响应控制策略为电网提供辅助调频服务时,在满足用户充电需求的前提下,有效地减缓了电动汽车动力电池寿命的衰减。     

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。