复杂扩展式电力系统功率频率动态过程分析

本文从理论分析和实际计算两方面对复杂扩展式电力系统(或称多大区互联系统)频率动态特性进行了较全面的研究。研究表明，迄今国内外研究电力系统功率——频率动态过程及低频减载装置整定计算的“单机模型”有很大局限性，复杂扩展式电力系统中频率的动态过程存在空间分布和时间分布的特性，并且网络结构、扰动地点、负荷构成及电压特性等因素都对频率动态过程有明显影响。     

电力系统的动态频率特性及其对低频减载的影响

电力系统的动态频率特性是制定低频减载方案的依据,复杂电力系统在动态过程中的频率具有时空分布特性,使自动低频减载装置不能按照设计的理想状态动作。本文对复杂系统的动态频率特性作了数值仿真计算,分析了复杂电力系统动态频率的时空分布特性及其对现有低频减载装置动作正确性的影响,为改善低频减载装置的设计与运行提供参考。     

电力系统频率动态过程研究综述

介绍了研究电力系统频率动态过程现有的研究手段、数值仿真方法和基于实测轨迹研究方法。在基于实测轨迹研究电力系统频率动态过程方面,概括了时空分布特性、量化描述、校正仿真模型参数及其对低频减载的影响四个研究方向,阐述各方向研究目的及现有国内外研究成果,并讨论大规模风电并网对频率动态过程的影响。针对电力系统频率动态过程这一课题提出研究展望,为该方向进一步研究提供理论依据。     

电力系统功率频率动态特性研究

电力系统功率频率特性是研究系统运行方式、设计低频减载方案以及评价各种调频调压措施等工作的基础。随着电网规模的扩大,电力系统功率频率特性日趋复杂。文中以实际电网数据为基础,采用数值仿真法研究电网的功率频率动态特性,分析了电网的频率时空分布特性以及功率频率特性的影响因素,并分别给出了影响频率初始阶段、频率动态过程以及频率稳态值的主要因素。     

基于实测轨迹校正模型参数对电力系统频率动态过程仿真精度的影响

研究电力系统频率动态过程的重要手段是基于数值仿真的方法,但多次事故后仿真复现表明,采用现有的模型及参数无法准确描述实际电力系统的频率动态过程,仿真结果与实测轨迹之间存在明显偏差。文章首先基于WSCC系统,分析不同参数对频率动态过程的影响趋势,并基于东北电网网架结构和实测数据,在复杂多机系统中验证从WSCC系统得出的不同参数物理特性结论。基于实测轨迹并参考参数的物理特性结论校核频率动态过程仿真模型和参数,提高频率动态过程的仿真精度,对于整定低频减载方案,克服以往保守的运行方式等方面提供有效依据。     

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。     

电力系统稳定计算隐式积分交替求解

本文介绍一种基于微分方程隐式积分梯形公式的电力系统稳定计算隐式积分交替求解算法。该算法具有数值稳定性好、可采用较大积分步长、能够适应较长过程动态稳定模拟计算的特点，并具有显式积分编程简单可靠、便于扩展的优点。     

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性，文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理，基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统，提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标，根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响，量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性，电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合，为频率和功角的优化控制措施提供了参考。     

电力系统异步运行时频率动态过程的计算分析

本利用ＭＴＳＰ软件包，对实际电力系统异步运行时频率动态过程进行计算分析，指出多机系统异步运行时，振荡中心附近各点频率具有明显的时间和空间分布特性，越靠近振荡中心，频率波动越大，在送电端一侧，围绕某一高于正常率变化；在受电端一侧，围绕某一低于正常频率变化。本还对低频减载装置的动作可能性予以分析，提出受电端系统低频减载装置动作的益处。     

特约主编寄语

<正>大力发展新能源是实现国家“双碳”战略目标的必由之路。随着新能源和电力电子装备渗透率的不断提高,电力系统的源/网/荷侧电力电子化程度日益加深。新型电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,故障场景下系统频率失稳风险显著增大。新型电力系统频率响应相对传统电网呈现三个新特性。首先,其运行方式随机多变,惯量具有时变和空间分布差异特性导致了惯量时空分布差异化,频率响应精确建模难;其次,大量异质化的源/网/荷/储调频资源的引入导致频率动态稳定机理复杂,频率稳定分析难;最后,多元可控资源参与调频急剧增加了控制决策的维度和复杂度,频率稳定控制难。这些新特性给新型电力系统频率稳定分析和控制带来挑战。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

电力系统动态仿真的灵敏度分析

电力系统动态仿真既是电力系统动态安全分析与控制的基本工具，也是电网调度部门指导电力生产的主要依据，因此,动态仿真的准确程度直接关系到电力系统的安全经济运行。然而电力系统是高维、多变量的复杂非线性系统，影响其仿真可信度的因素众多，因此分析电力系统动态过程对参数、特别是对控制器参数的灵敏度尤为重要。文中通过比较任意摄动参数在微分代数方程动态解的泰勒展开多项式中的系数，获得求取电力系统动态灵敏度的方程，解决了参数奇异点处的灵敏度计算问题。并进一步对方程的动态特性，特别是对电力系统控制器参数的灵敏度进行了讨论。依据所提出的方法，以单机对无穷大系统与IEEE 10机39节点系统为例，计算了IEEE-EA型励磁系统参数对系统动态过程的影响，并对其动态特征进行了分析。     

电力系统动态频率响应时空分布特征量化描述

由于网络在地理上分布不均匀、机组及其控制器参数差异,以及不同区域负荷特性不同,大型互联电力系统的动态频率响应时空分布特征显著。讨论了动态频率响应时空分布特征及研究方法;为便于讨论,定义了观测空间、响应时间以及响应线性区间。提出基于观测空间的频率响应时空分布特征量化描述方法：通过计算扰动后各观测点处频率线性变化区间内的平均变化率、对扰动的响应延时、频率偏移最大量及延时、过渡过程中主导振荡模式的阻尼比来描述系统动态频率响应时空分布特征。基于上述方法,可得到频率响应时空分布特征矩阵,从而可较好地通过微观变量来量化描述系统的宏观动态行为。讨论时空特征矩阵的潜在应用领域,并给出以观测点的响应延时估计扰动位置的示例。以华北互联电网为例进行了仿真计算,验证了所提出方法的有效性。     

电力系统全过程动态仿真技术的现状与展望

随着我国全国性交直流混联电力系统的形成,电力系统的动态特性变得更加复杂。全过程动态仿真能够将电力系统电磁暂态、机电暂态和中长期动态统一起来进行计算,是研究和分析这种非线性超大规模电力系统动态特性机理、事故特征及其安全稳定措施的重要技术手段。分析了电力系统全过程动态仿真技术的研发与应用现状、存在的技术难点,并对技术发展进行了预测,主要包括电磁暂态-机电暂态-中长期动态统一仿真的数值计算方法和建模技术。该文指出新型数值积分算法、适于多时间尺度仿真的直流输电建模方法、具有智能化和开放式与交互式的并行仿真软件开发方法等关键技术,可为大规模交直流互联电网的安全稳定、经济运行及新技术和新设备的应用研究等提供强有力的仿真工具。     

双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施

在能源系统低碳化转型的过程中,电力系统中的可再生能源和电力电子设备比例快速增长,高比例可再生能源、高比例电力电子设备的"双高"特征为未来电力系统的频率安全带来严峻挑战。文中首先分析电力系统的双高特征为电力系统频率响应特性所带来的4点新特性:传统调频资源稀缺化、频率时空分布差异化、频率调控手段多样化和频率动态机理复杂化。然后对比了时域仿真法、模型分析法和机器学习法3类主流的频率响应分析方法,在此基础上,从逆变器控制、低频减载保护、直流功率支援、系统调度运行和调频市场设计5个方面分析了改善双高电力系统频率响应特性的技术新进展。最后针对未来双高电力系统频率安全问题进行总结和展望。     

原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响

随着电网的发展、互联系统的形成和发展,电力系统动态稳定问题日渐突出。原动机调节系统作为电力系统中的一个重要部分,在维护系统稳定和提高电能质量等方面有重要的作用。为了更好地开展区域互联电网稳定性分析,研究原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响十分必要。该文从机理上研究原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响。从时域和频域2方面对机理分析结论进行了验证。建立了Dw-Dd坐标系,研究得出了原动机调节系统提供正阻尼或负阻尼的区间。在Phillips-Heffron模型中引入了原动机调节系统传递函数模型,对其进行了频率响应特性及阻尼特性分析,提出了分界频率的概念,并得出了一般性结论。在单机无穷大系统和多机系统中,研究了原动机调节系统主要参数对电力系统动态稳定的影响,通过频域小干扰计算和时域Prony分析,验证了机理分析结论的正确性。原动机调节系统对电力系统动态稳定的影响,除了与调节系统本身参数有关外,还与系统振荡频率以及机组对某个振荡模式的相关程度有关。     

负荷模型动态特性不确定性对低频振荡的影响

对电力负荷的动态特性对低频振荡的影响进行研究。采用由1个感应电动机与1个静态负荷并联而成的综合负荷模型，考虑在建模过程中存在负荷参数辨识误差及负荷特性估计的不准确造成的不确定性，研究动态负荷所占比例和电动机惯性时间常数对电力系统低频振荡频率和阻尼的影响。通过对一个4机2区域系统的典型实例进行研究分析，得出了一些有意义的结论。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

复杂扩展式电力系统低频减载方案设计

本文研究如何针对复杂扩展式多机系统中功率频率动态过程的特点设计合理的低频减载(UFLS)方案。文中介绍了单机系统模型下UFLS设 计的一般方法，讨论了频率过程的特点对UFLS装置的影响，分析了 系统频率调节效应系数的概念，在此基础上研究了多机系统中UFLS 的整定方法，并给出了华中——华东联网系统(规划网)中UFLS方 案的整定结果。     

风电参与一次调频下电力系统的动态潮流计算

风电机组参与电网一次调频是风电技术发展的趋势,其一次调频特性不同于常规同步发电机组。动态潮流主要模拟电力系统出现扰动后的一次调频过程,其计算主要由频率计算和常规潮流计算两部分组成。针对含风电一次调频电力系统的动态潮流计算,建立采用超速与变桨协调调频控制策略的变速风电机组一次调频特性;频率计算中提出不平衡功率分段分配方法,并采用一级三步RK法求解系统频率微分方程;常规潮流计算中提出4种新型节点类型,采用传统牛顿拉夫逊法求解节点功率方程组。改造后的IEEE 14节点算例系统动态潮流计算结果验证了所提方法的正确性和有效性,为风电参与一次调频的分析及其控制系统设计提供了一定的依据。