考虑风荷协同参与调频的电力系统低频减载策略仿真研究

随着新能源机组的大规模并网,传统的低频减载策略由于未充分考虑风电参与调频的优势,且采用负荷被动切除的策略,很难满足电力系统运行的安全性与经济性要求。为了探究风电机组与柔性可调负荷共同参与调频对电力系统低频减载策略的影响,分析了风电机组及柔性负荷参与电网频率响应的模型,阐述了电力系统低频减载实施方案的配置原则,在仿真软件中搭建风荷共同参与调频模型并依照区域大电网实际运行情况进行低频减载仿真计算。计算结果表明,考虑虚拟惯性控制的风电机组与柔性可调负荷共同调频下的低频减载切除负荷量相比于传统低频减载策略明显减少,风荷协同参与调频对增强电力系统频率稳定防线及优化减载量等方面都具有重要的研究意义。     

高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整策略

考虑负荷波动、风电有功输出的随机性,针对电力系统对大规模风电并网时电能质量、经济性、负荷支撑和快速响应等多方面的需求,提出了一种高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整的多时间尺度协调优化策略。根据变速风电机组运行特性,制定不同风速工况下风电机组的减载控制,并在不同时间尺度对机组间的调频出力进行协调,使惯性与一次调频相结合,实现频率调整优化。结果表明该策略下变速风电机组不仅能够有效地为系统提供惯性支撑,并且具备灵活、可控的静态频率响应特性。     

变速风电机组的惯性与一次调频特性分析及综合控制

大规模风电场集中接入电网将导致系统惯性降低,调频能力不足,为解决此问题,提出了变速风电机组的频率综合控制方案。根据变速风电机组调频所需的备用容量,提出风电机组的减载控制方案,并解决惯性与一次调频控制的结合问题。通过分析风电机组的一次调频特性,利用变桨技术,进一步提出可整定风电机组静调差系数的频率控制策略,并与虚拟惯性控制有机结合,实现风电机组对系统频率的综合控制。通过仿真分析验证了在所提控制方案下,变速风电机组利用其可控的调频能力,不仅能够有效支持系统惯性,减小系统扰动初期频率的变化率,并可按照整定的静态频率特性,提高系统的静态频率稳定性。     

一种考虑负荷特性的集中式自适应低频减载方案

正首先分析了负荷特性对功率缺额计算的影响,推导出基于频率变化率响应和负荷特性的电网有功缺额计算新方法;其次研究了负荷特性的变化对传统逐轮次低频减载方案的影响,在负荷特性发生改变时,其无法达到预期的减载效果;最后提出了一种考虑负荷特性的集中式自适应低频减载方案。     

含水电系统的低频减载关键参数优化方法

低频减载是电网的最后一道防线的重要组成部分,针对在水电高占比电网系统中发生大的功率缺额扰动时低频减载装置容易出现过切现象的问题,分析了含水电系统发生功率缺额故障后的频率变化特性,并从水锤效应原理出发,结合电网发生扰动后的频率特性和水锤效应的影响,提出一种适当加大级差的低频减载关键参数的优化方法,最后经过仿真实验证明该方法可以有效应用在水电高占比电网中,减少发生极端功率缺额扰动后的负荷过切现象。     

参与系统调频的风电机组控制策略研究综述

电力系统频率是衡量电力系统电能质量的重要指标,风电机组自身运行特性导致大规模风电并网对系统频率稳定产生极大威胁,风电参与系统调频将成为电力系统未来发展的必然趋势。由于风机本身不具备频率调整的能力,因此风电机组调频控制策略已成为目前风力发电技术的研究热点,为此,在双馈感应风电机组(double fed induction generator,DFIG)正常运行控制基础上,对其参与系统调频控制策略方面相关研究进行分析和综述,分析了减载(deloading,del)运行参与调频的必要性和最优减载法案,研究虚拟惯性控制、下垂控制、桨距角控制等控制方法及其相互辅助从而达到高效调频的协调控制策略,最后展望了需进一步重点研究的内容:储能技术参与风电场调频的协调控制,风电参与系统调频的经济性分析。     

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。     

频率的时空分布对低频减载的影响研究

基于电网网架结构、发电机组分布、机组参数及负荷类型等因素的影响,系统频率特性呈现为时空分布。由于系统频率是制定低频减载方案的依据,致使低频减载装置不能按照设计的理想状态动作。针对某地区电网解网事故,详细分析了功率缺额下系统频率的动态特性及低频减载装置的动作情况。基于频率的时空分布特性考虑低频减载装置动作后频率恢复效果、切负荷大小及切负荷类型等影响因子,分析了负荷特性对频率的影响,提出了分散切负荷和集中切大用户工业负荷的两种研究方案。研究结果阐明集中切大用户工业负荷可快速恢复系统的频率,并对居民负荷影响较小。因此,对实际电网运行、低频减载方案的制定具有重要的参考价值。     

对中国低频减载方案制定中若干问题的探讨

按照特高压电网发展规划,中国将形成华北-华中-华东跨区同步互联电网.文中对大区联网统一协调低频减载方案及大区联络线低频解列设定值提出要求.对DL428-91<电力系统自动低频减负荷技术规定>提出修改建议.分析评价调速系统模型及大规模风电对低频减载方案制定的影响.通过理论证明国外自适应低频减载目前在国内不应大规模采用.提出了采用直流调制解决电网严重故障下频率稳定的方法,结果表明,可以大幅提高电网频率稳定性能,降低电网低频减载装置动作切除负荷的风险.     

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。     

高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战.近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达系统低频减载的频率阈值.文中从典型FFR资源、辅助服务产品设计、市场交易和应用实例等几方面总结了国外FFR市场开展现状.结合中国电网应对未来低惯性系统的调频需求,阐述了FFR技术的研究趋势,并为中国FFR市场建设提出了建议和展望.     

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。     

南方电网系统频率特性及低频减载方案

分析评价南方电网发生大功率缺额时,电网频率暂态稳定特性及现有低频减载方案对保证系统频率稳定的作用和效果。提出南方电网低频减载方案评价方法和改进方案。研究表明,采用改进方案,可使系统在受到不同程度的功率缺额扰动时,都能够更好地满足减负荷的需要,保证系统频率不致过低并能较快恢复,有利于系统的频率稳定及大机组的安全运行。     

考虑风电机组超速减载与惯量控制的电力系统机组组合策略

随着风电渗透率的提高,电力系统将面临惯量支撑和频率响应能力不足的问题.风电机组通过虚拟惯量控制及超速减载控制可具有调频能力.文中在传统机组组合模型的基础上加入计及风电机组调频的频率动态约束.首先,推导风电机组不同减载量下的虚拟惯性时间常数大小.然后,对计及风电机组调频的多机系统建模,并推导扰动后频率最低值的表达式.接着,构建考虑动态频率约束的机组组合优化模型,并采用多元分段线性化技术解决频率约束高度非线性特征的问题.最后,以含风电并网的10机系统为例进行计算分析,结果验证了风电机组参与调频在机组组合决策中的可行性.所提模型与传统机组组合相比,在满足经济性的同时提高了系统稳定性.     

江苏电网低频低压减负荷优化配置研究(二)——研究方法与动态模型参数的获得

采用时域动态仿真法研究了江苏电网及各分区电网的频率电压动态特性,分别得到了江苏全网和各分区电网的综合负荷频率响应系数。对江苏电网现行低频低压减负荷方案进行了校核,表明可能出现负荷过切、频率悬浮等问题。给出了江苏电网新的低频低压减负荷优化配置方案。研究表明,采用轮级间协调的集中控制型减负荷装置并配以后加速机制可以有效地改善故障下频率电压恢复曲线,减少切负荷量。     

促进调峰的大规模风电调频备用容量动态配置策略

针对当前风电调频备用容量长期闲置、未充分服务于电网运行的问题,深化研究大规模风电调频备用容量优化配置方法,对于电网调频能力、风力发电经济性、电网调峰方面均具有重要影响。基于此,研究大规模风电参与一次调频的备用容量优化配置策略。根据日负荷预测曲线,在波峰时段设置较大调频基点功率、波谷时段设置较小基点功率,其他时段按照与波峰负荷比例设置基点功率,从而可在一日各时段配置风电调频动态备用容量;根据确定的各时段动态备用容量,求解基于转速控制或桨距控制一次调频策略的参考转速和参考桨距角,使风电机组在任意风速下(额定风速以上/下)动态调整一次调频备用容量。算例分析结果表明,在大规模风电并网场景中,所提策略不仅能保证电网调频需求,还能有效促进削峰填谷效果和提高风力发电经济性。     

全国电网互联系统频率特性及低频减载方案

目前我国已形成东北—华北(含山东)—华中(含川渝)跨区同步互联电网。采用电力系统暂态稳定时域仿真程序和自动低频减负荷方案设计了单机计算模型,全面分析和评价了各种联网或孤网运行模式下发生大功率缺额时,电网频率暂态稳定特性及各电网现有低频减载方案对2005—2007年电网频率安全运行的适应性。在此基础上提出了我国东北—华北—华中跨区互联电网统一协调的低频自动减负荷方案,该方案不但适用于各种联网模式,也适用于各种孤网模式。当受到5%~45%的不同功率缺额扰动时,互联电网能够相应地协调减负荷,保证了最小频率不低于48.0 Hz,满足频率恢复速度10 s左右恢复到49.5 Hz,达到了统一协调减载,保证系统频率稳定和联络线及大机组安全。     

大规模双馈风电机组并网频率稳定控制策略

风电在电网中的渗透率逐年升高,尽管其在优化电源结构、节能减排方面有颇多贡献,但是由于自然风的波动性和不确定性,大规模风电并网势必会对电网频率稳定等方面产生影响。针对此问题,对装机量较高的双馈型风力发电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）控制系统进行研究,制定大规模双馈型风电机组并网下的频率稳定控制策略。在现有附加下垂控制及虚拟惯性控制的基础上,根据输入风速以及电网侧频率波动,对下垂控制环节进行变系数处理,改善下垂控制特性。将DFIG运行工况进行分类,并采用变减载系数,使DFIG在限功率运行的同时减少弃风。采用具有大规模风电并网接入的实际电网模型,仿真验证了所提频率稳定控制策略的有效性。