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。     

异步联网下直流频率调制及其参数对送端系统频率的影响

考虑原动机调速器及直流频率调制的作用,基于直流潮流法以解析形式推导出在直流频率调制影响下送端系统的频率响应以及调频系统的阻尼比,并在此基础上研究了直流频率调制参与调频及其调频参数对送端系统频率动态特性的影响。最后,分析了异步联网条件下直流频率调制在参与含水电机组的送端系统中,对系统频率变化特性的影响。选取实际云南电网楚穗直流输电工程对所提方法进行仿真,仿真结果验证了直流频率调制抑制送端系统扰动频率峰值的有效性,同时证明了其参与水电调频后可以维持送端系统频率的稳定性。     

VSC-HVDC受端换流器参与电网调频的VSG控制及其改进算法

为提高柔性直流输电(voltage source converter basedHVDC,VSC-HVDC)受端系统频率的稳定性,同时确保直流系统发生故障或扰动下的可靠运行,提出受端换流器参与电网调频的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制及具有直流电压协调控制能力的VSG改进算法。首先,分析指出大容量VSC-HVDC受端换流器常规控制方式会降低系统频率稳定性,因此有必要通过合理的控制手段参与频率调节;其次,研究了使受端换流器具有惯性响应特性和一次调频能力的VSG控制技术;之后结合直流系统对运行可靠性的基本要求,将直流电压协调控制功能引入VSG技术中得到改进算法;最后,通过Matlab/Simulink构建了三端系统进行仿真。结果表明:VSC-HVDC受端换流器使用VSG控制能有效改善受端交流系统频率暂、稳态性能;VSG改进算法则能进一步提高直流系统运行可靠性。     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

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。     

风电场柔性直流并网与传统直流外送的源网协调控制策略

针对西部高原地区风电场采用柔性直流并网与传统直流外送导致送端电网频率变化敏感的问题,提出传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的源网协调控制策略。首先,在传统直流和风机中引入一次调频特性和惯性控制环节的变功率附加控制,在柔性直流电网侧换流站引入变电压附加控制,风电场侧换流站引入变频和直流电压偏差附加控制;其次,协调了发电机、传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的时序;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果表明:该源网协调控制策略能增加送端电网的惯量,提高系统频率稳定性;能有效减小送端电网故障期间柔性直流的直流电压波动幅度。     

两级式单相光伏逆变器并网过电压抑制策略研究

电网中大量新能源替代常规同步发电机机组导致系统惯性时间常数降低,调频能力不足,频率波动增大。基于光伏机组高度可控特性,提出一种考虑变工况的光伏下垂控制与二级电容响应的调频策略。模拟传统调频过程,策略同时考虑惯性响应和下垂控制响应,由直流电容和光伏减载备用分别承担两项调频功率,最大化利用调频资源。所提策略通过运用改进频率变化率测量法,优化惯性响应;通过光照参数估算确定实际最大功率值,以适应变化运行工况;自适应下垂系数能适应光伏实际出力,在可用功率范围内向上/向下调整系统频率。PSCAD仿真验证表明,所提策略能够最大化利用光伏现有调频资源,对于变化工况的适应性良好,能够在不超光伏运行极限基础上有效改善系统频率响应。     

含大规模风电的高压直流送端系统多源协同调频策略

针对含大规模风电的高压直流送端系统异步联网情况下频率易越限问题,提出了一种基于预测模型的多源协同调频策略。分析风电渗透率及高压直流外送功率占比对频率调整的影响,对不同扰动下各种调频措施的协调配合进行探讨。在长时间尺度上考虑高压直流输电的区域控制偏差约束,优化设置风电机组和火电机组的旋转备用容量;在短时间尺度上考虑电力电子器件的快速可控性,动态调整风电机组及高压直流输电的协同调频参数,使系统频率运行在合理水平。将预测模型得到的频率偏差根据大小进行分区,对不同区域采用不同的调频策略,保证送端系统的旋转备用容量合理及频率动态响应指标合规。基于PSCAD/EMTDC平台搭建含风电高压直流送端系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性及准确性。     

柔性直流输电系统自适应虚拟惯性调频控制策略

针对传统控制策略下柔性直流输电系统接入交流电网后无法为系统提供惯性以及参与调频的问题,提出了一种考虑频率稳定的自适应虚拟惯性调频控制策略。在直流侧保持下垂特性,自动分配直流功率的同时,使柔性直流输电系统能够参与二次调频,实现交流侧频率的无差调节。另外,通过虚拟惯性控制,进一步提高系统频率稳定性和惯性,改善二次调频控制所引起的暂态波动。针对惯性系数选取受直流电压偏差限制的问题,采用自适应惯性系数,在电压偏差较小时,可以增大惯性系数,得到更好的频率稳定效果,反之则减小惯性系数,防止直流电压越限。在PSCAD环境下搭建了五端柔性直流电网的仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

异步互联格局下川渝送端电网的频率稳定特性与控制策略

川渝电网与三华电网、西北电网异步互联后,大容量特高压直流输电系统(ultra high voltage direct current,UHVDC)一旦发生双极闭锁故障,会造成川渝送端电网的巨大功率盈余,导致系统频率急剧升高甚至诱发频率失稳、系统解列等重大安全事故。因此,迫切需要研究异步互联格局下,直流闭锁故障对川渝送端电网频率稳定的影响及其控制策略。该文基于异步互联后川渝送端电网2020年大方式运行数据,考虑送端系统一次调频特性,研究了任一回大容量特高压直流通道(向家坝—上海、宜宾—金华、锦屏—苏州、雅中—江西)发生单极闭锁或双极闭锁故障后川渝送端电网的频率稳定特性。为保障频率稳定,提出了相应的直流调制、稳控切机及协调控制等策略。仿真结果验证了所提稳定控制策略的有效性。     

云广特高压直流送端孤岛运行超低频振荡与措施

大容量特高压直流输电系统与配套大型水电站构成的直流送端孤岛运行系统存在着较严重的调速器控制稳定问题。云广特高压直流送端孤岛系统也存在水电机组调速器与直流控制不协调而出现的超低频振荡现象。分析了电网超低频振荡过程中所有机组的同调特征,提出了电网超低频振荡分析模型。基于频域分析法指出了水轮机调节系统在超低频范围内存在负阻尼频带,水轮机调节系统的时间常数越大、调速器前向通道增益越大,负阻尼越显著。提出了通过退出部分机组一次调频功能或协调机组一次调频与直流频率限制控制器(FLC)动作死区设置,以直流FLC调频为主的直流孤岛频率控制策略能有效抑制孤岛系统的超低频振荡。基于实时数字仿真器(RTDS)的机网协调控制实时仿真结果验证了该策略的有效性。     

VSC-HVDC参与送端电网的调频控制策略

电压源型直流输电(voltage sourced converter-high voltage direct current, VSC-HVDC)具有控制灵活且易于在送受端扩展新落点等优点，有助于新能源的友好接入，因而在新能源基地的直流输电中具有广阔的应用前景。随着柔直送端电网新能源占比不断增加，导致送端电网系统等效惯量持续降低、调频能力大幅减弱。针对高新能源渗透率的送端电网系统，利用VSC-HVDC对有功功率的独立与快速调节的特点，在传统的定有功功率控制中引入有功功率-频率(P-f)斜率特性，设计反下垂控制策略，使其参与送端交流系统的频率调节。并在PSCAD/EMTDC中搭建两端柔性直流输电电网模型进行仿真验证。结果表明，所提出的控制策略提高了送端系统的频率稳定性，具备一定的有效性与可行性。     

基于一致性算法的直流受端电网分布式调频资源协同频率控制

直流受端电网中大容量直流功率的馈入和大量分布式光伏及储能经电力电子变换器接入,导致受端电网同步机电源逐渐被取代,系统等效惯量下降,严重影响了受端电网的频率特性。因此,挖掘电网调频资源、增加电网频率控制的灵活性十分重要。针对上述问题,基于一致性算法,提出了利用受端电网中配电网的分布式调频资源,包括分布式光伏、储能、柔性负荷等协同参与电网一次调频的分布式控制方法。该控制方法能够有效应对由于调频资源数量大而导致的计算难度增大问题,并可通过定时刷新分布式调频资源的运行状态并自适应计算频率响应系数,实现在故障发生时快速响应频率变化。通过对等效直流受端电网中配电网调频资源以不同控制策略参与频率调节的仿真对比分析,验证了文中方法对直流受端电网频率调节的有效性及经济性。     

弱电源支撑的特高压直流送端系统优化方案研究与实施

在分析特高压直流送端系统设计需考虑的关键因素基础上,针对东北地区±800kV扎鲁特-青州特高压直流工程因缺少送端配套电源而面临的无功支撑能力弱、系统频率稳定性差等问题,对送端系统方案进行了优化设计。通过计算分析系统短路比、无功容量等参数,确定了送端系统短路比的要求以及换流站侧零无功功率交换的无功功率配置原则,提出了调整500kV接入系统方案、控制送端机组开机方式等优化方案。结果表明,优化后的送端系统可以大幅提高直流输电工程投运后的系统稳定性。     

考虑受端电压水平的异步互联紧急控制协调策略研究

当送端电网仅通过多条高压/特高压常规直流或柔性直流线路与受端电网相连构成异步互联电网时,若大容量直流发生闭锁,将引发送端及受端系统的频率及电压问题。本文针对异步联网后的多直流孤岛系统,基于直流系统的快速性及可控性,提出一种针对直流闭锁故障紧急状态下功率支援的协调控制策略。首先,通过综合考虑交流电网强弱、潮流转移的影响,提出了考虑受端电压水平的有功功率分配算法。其次,通过对直流功率提升/回降、FLC、稳控切机以及分轮次切机等不同控制措施的协调配合,提出了一套多直流孤岛系统协调控制策略。最后构建了一套协调控制系统并通过南方电网2016年夏大方式下的RTDS仿真模型验证了此系统的有效性。     

风电接入VSC-HVDC系统的附加频率控制

为了使风电场系统和电网系统能相互提供惯性支撑和进行频率响应,提出了一种换流站级的附加频率控制策略。该附加控制策略在风电场侧换流站(WFVSC)的定频率控制和电网侧换流站(GSVSC)的定直流电压控制中分别引入了频率-直流电压(f-Udc)下垂特性,人为的耦合两侧交流电网系统频率的关系,在不需要通信的条件下,实现了在事故期间可以灵活相互支援的目的,从而缓解了事故端系统调频的负担。最后在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了风电场并网直流外送的模型,仿真结果表明所提附加频率控制策略增强了系统的惯性支撑水平和频率控制储量。     

风电参与电力系统调频综述

目前风电并网运行渗透率逐步增大,利用风电参与电网频率调整,增强系统运行的稳定性已经成为国内外研究的热点问题。综述了风电参与系统频率调整的控制策略研究进展,对比研究了虚拟惯性控制、下垂控制、转子转速控制、桨距角控制、附加储能系统等不同控制策略,明确了各种控制策略的原理、优缺点以及适用范围。分析了风电场内不同风机之间的协调控制算法以及风机与其他常规机组之间的协调配合控制。阐述了智能算法、虚拟同步发电机技术给风电调频带来的新思路以及电压源型高压直流输电技术的应用给风电调频带来的挑战。最后,展望了未来研究的重点内容:源荷双侧的高度不确定性对风电调频的影响;风电调频算法参数整定的依据;风电参与系统调频容量的评估方法。     

基于惯性/下垂控制的变速型风电机组频率协调控制方法

在高渗透风电接入的孤立电力系统中,由于传统调频资源不足,风电大规模波动可能导致系统频率波动,限制新风电的进一步接入。因此,提出一种基于惯性控制和下垂控制的变速型风电机组频率协调控制方法。首先对双馈异步发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)、永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)和有源失速异步发电机(Active-Stall Induction Generator,ASIG)三种类型变速风力发电机组(Variable Speed Wind Turbines, VSWTs)的频率控制特性进行分析。在此基础上,提出基于惯量控制和下垂控制的变速型风机频率协调控制策略,并分析在不同扰动条件下,不同惯性参数与下垂参数对孤立电力系统频率的影响,据此选择合适的控制参数。最后,在随机风速扰动和大扰动条件下对风电机组的稳态与暂态响应进行仿真,验证了所提频率抑制方法的有效性。结果表明,所提方法能显著提高孤立电力系统频率稳定水平。     

±800 kV天中特高压直流送端系统安全稳定性分析

为分析天中特高压直流送端电网安全稳定性,基于有效短路比(OESCR)、投切滤波器和直流单(双)极闭锁故障分析不同直流运行工况对送端电网的影响,在此基础上分析疆内电网一次调频作用下直流系统的频率特性、配套机组跳闸与单极闭锁故障下直流孤网运行特性。结果表明,直流配套火电6/8台机可建立工况运行,直流联网运行下其频率特性受疆内电网调频影响较大;直流孤网运行时,在配套机组跳闸或单极闭锁故障后无控制措施情况下,均易引起直流系统频率稳定和暂态过电压问题,此时须考虑稳控切机或直流功率紧急控制提升直流系统安全稳定性。