含风电的电力系统动态频率响应快速评估方法

大规模随机波动的风电功率接入电网引起系统频率偏差,从而影响系统安全稳定运行。为了研究不同频率风电功率波动对系统频率偏差的影响,提出了考虑发电机特性、调速器特性、系统网络结构、负荷特性,含风电的电力系统频率响应频域分析模型。基于该模型推导了风电功率激励下的电力系统各节点频率响应传递函数的显式表达式。根据传递函数的幅频特性能准确反映不同频率风电功率波动激励下各节点的频率响应特性。将该模型应用于IEEE 10机39节点系统,结合实测风电场功率波动数据进行了算例仿真,结果表明利用该模型能快速准确评估风电功率对系统各节点频率响应的影响。     

大规模风电接入电力系统的AGC控制参数修正

自动发电控制(automatic generation control,AGC)控制参数包括频率响应系数和AGC控制器参数,其数值设定主要取决于电力系统单位调节功率和惯性时间常数。大规模风电接入,取代部分常规机组,降低了电力系统单位调节功率和惯性时间常数。提出了大规模风电接入对电力系统单位调节功率和惯性时间常数影响的数学模型。在此基础上,建立了大规模风电接入电力系统AGC控制参数修正的数学模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真计算,验证了大规模风电接入电力系统修正AGC控制参数对频率控制的有效性。     

一种评估大规模风电功率脱落对电力系统频率影响的分析方法

大规模并网风电功率的波动会引起系统频率波动甚至导致系统频率动态越限,危及电网的安全运行,而风电单机容量小、随机波动性强等特点,使得基于阶跃扰动的传统频率动态分析方法不再适用.本文提出一种基于风电功率波动特性以及系统频率响应特性的评估方法,可用于分析风电功率波动极端方式——大规模风电功率脱落对电力系统频率动态的影响程度.基于实际电网风电运行实例,分析了并网点受扰后风电机群脱网造成的风电功率脱落引起的系统频率动态过程,并评估了典型运行方式下满足系统容许频差约束的最大风电功率脱落值.     

基于奇异值分解的含风电电力系统强迫振荡分析

随着大规模风电接入电网,由于风剪切和塔影效应引起的风电功率3p频率周期性波动,可能会导致电力系统发生强迫振荡,严重威胁系统的稳定运行。风电接入点的不同,会使系统发生强迫振荡时的频率响应不一样。为分析不同观测节点的频率响应与功率扰动接入位置的关系,建立考虑发电机、原动机及其调速器和负荷特性以及网络结构的含风电电力系统小扰动复频域模型。在此基础上,利用奇异值分解方法求解系统传递函数矩阵的左、右奇异向量,并以此来分析强迫振荡分量在节点间的分布情况和功率扰动接入位置对系统发生强迫振荡时节点稳态频率响应的影响程度。通过与复模态方法的对比,验证了奇异值分解方法的正确性和有效性。最后,将奇异值分解的结果应用于IEEE 10机39节点系统,分析风电3p频率波动对系统频率响应的影响,表明了合理选择风电接入点的重要性。     

大规模风电并网下的抽水蓄能机组调频控制研究

大规模风电接入对电力系统的频率造成影响。抽水蓄能机组由于其出力响应迅速、调节灵活等特性,在风电功率波动的调节中具有重要作用。该文针对短时风电功率波动对电力系统造成的频率扰动问题,提出抽水蓄能机组频率调节的鲁棒控制策略。通过建立电力系统整体状态方程,并考虑风电功率波动特性和抽水蓄能电站动态特性,采用基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的H∞鲁棒控制算法,对抽水蓄能机组一次调频控制方程进行求解。利用IEEE39节点系统进行仿真验证,结果表明提出的鲁棒控制策略能有效地减小风电功率波动造成的系统频率偏差,提高了抽水蓄能机组对短时风电功率波动的调节响应性能。     

基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制

根据系统频率波动区间自适应调整风电虚拟惯量参数有利于改善系统频率响应特性.首先分析了典型高比例风电系统频率响应动态过程,进而建立了含风电的电力系统频率响应线性化模型,揭示了风电虚拟惯量参数的变化对系统频率稳定性及动态性能的影响及变化规律,确定了虚拟惯量参数稳定取值范围.在此基础上,提出了一种基于频率响应区间划分的风电机...     

大规模风电接入背景下自动发电控制研究现状与展望

随着风力发电装机容量的快速增长,大规模风电并入电网代替了同步发电机,导致其系统惯性和频率响应的降低,其频率调节性能有可能恶化,给电力系统运行和自动发电控制带来了一系列具有挑战性的问题。因此开发具有频率调节能力的风电作为调频资源,使它们能够有效地参与和应对严重的频率突发事件很有价值。首先,对风电并网给频率调节性能和调频资源的需求带来的影响进行了总结,然后分析了风电参与AGC的可行性,总结了风电参与调频的控制方法和风电参与AGC的控制策略,最后预测了大规模风电接入背景下自动发电控制的发展趋势。     

基于长过程动态仿真的风电接入对系统频率控制影响研究

风电的快速波动特性及与系统频率解耦特性使得风电接入后系统频率稳定性受到影响,在不同的风电穿透功率下,电网需有选择性地将风电纳入到系统的日前或日内调度计划中,如何确定风电接入对系统频率控制的影响是个难题。基于电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立了电力系统长过程调度决策仿真平台,平台为包含调度和电站上下两层的控制结构,可对风电接入后系统的长时间频率响应过程进行仿真。最后以某实际电网为例,仿真风电接入后对系统频率控制的影响,从而确定风电调度运行方案,验证模型的有效性。     

高风电渗透下电网调峰运行时的频率稳定控制策略研究

随着可再生能源接入电网的规模不断扩大,传统火电机组逐渐被可再生能源所代替,导致电力系统在新能源高渗透率的情况下抵抗负荷扰动的频率性能较差。针对大规模风电并网下电力系统调峰运行过程中的频率稳定问题展开研究,分析得出系统在启停调峰和深度调峰方式下的频率调节能力较弱。首先,对传统AGC系统频率模型进行改进,提出了计及可再生能源渗透率、调速器死区和发电速率约束的频率响应模型;其次,基于频率响应模型,研究了在不同风电渗透率下系统调峰运行时的频率调节性能;最后,基于2种典型的火电机组调峰方式,在考虑风电功率波动的2区域电力系统中进行仿真验证。仿真结果表明,电力系统在深度调峰时抵抗负荷扰动的能力相对启停调峰时更强。在此基础上,结合改进的风机综合惯性控制策略,有效提高了电网调峰运行时的频率调节性能,解决了电力系统调峰运行时的频率稳定问题。     

基于飞轮储能的并网风电功率综合调控策略

为了使储能系统在抑制风电功率波动的同时能够响应电网频率的变化,提出一种基于飞轮储能(FESS)的风电功率综合调控策略。在分析同步发电机电网频率响应过程的基础上,设计了飞轮储能的功率控制器结构,并对其参数进行配置。在MATLAB/Simulink环境下进行了数字仿真研究,结果表明,所提出的控制策略能够使风电出力具有类似于同步发电机的惯量响应特性,同时使飞轮储能可以在功率控制和频率控制2种工作模式下灵活切换,从而有效改善风电功率的并网特性。     

基于系统开环频率特性的自动发电控制振荡分析

频率振荡中与自动发电控制(AGC)过程强相关的振荡被称为AGC振荡.基于单机单负荷系统,利用开环传递函数对AGC振荡进行分析,并通过分析不同参数或环节对开环传递函数频率特性的影响,研究其对AGC振荡的影响,结果表明:AGC参数中频差系数及积分系数过大、AGC传输延时过大、机组环节频率特性的幅值过大或相位滞后过大,都会导致系统开环传递函数的稳定裕度过小甚至为负,从而降低系统稳定性甚至引发AGC振荡.分析了机组特性对于AGC振荡的影响:一次调频起作用时,机组环节的幅值将会降低,从而提高AGC模式的稳定性;不同的水火电机组,其原动机环节的相位滞后不同,这会影响开环传递函数的相位裕度,进而影响AGC模式稳定性;机组的开度模式一般比功率模式拥有更快的一次调频调节速度,此时采用开度模式,机组在振荡频率处的幅值更低,系统AGC模式更稳定.特征值分析验证了理论分析的结果,且在多机多负荷系统算例中,验证了基于单机单负荷系统分析得到的结论.     

一种考虑风电渗透率变化的AGC方法

新能源发电渗透率的提高给传统自动发电控制(automatic generation control,AGC)带来了新的挑战。数据研究表明,风电渗透率的改变会对AGC系统的参数产生影响,在此基础,提出一种基于系统补偿的AGC方法,在AGC参数不能及时在线整定的情况下,能降低对系统稳定性的影响。首先,构建含有风电的区域互联AGC系统模型;然后,讨论了当风电渗透率发生变化时,AGC系统参数的调整依据;在此基础上,设计补偿环节与传统模型预测控制器(model predictive controller,MPC)形成串联结构,以消除当风电渗透率发生变化时,由于参数不匹配对AGC效果的不利影响;最后,通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性,仿真结果表明:当风电渗透率发生变化时,通过补偿环节参数的调整能够有效消除其对系统参数的影响,从而获取更好的频率控制效果。     

风电并网下计及机组特性的AGC动态优化控制策略研究

风电的大量接入产生复杂的互联电网运行特性,这需要电网AGC能及时响应能源与负荷的快速、大范围的变化,并根据AGC机组的动态特性发布有效指令,既能进行多时段连续的协调控制,又能保证电网运行的经济性。为此,论文建立了考虑AGC机组动态特性,又考虑风电快速、大范围波动情况下的AGC动态优化控制策略模型。该模型权衡动态优化过程中经济性和指标性的比重,兼顾CPS评价标准,综合发布多时段连续的协调指令。该控制策略模型是一个多约束,大规模,多时段的复杂优化问题,因此采用PSO算法求解运算,结合运行的实际特征,对越限的粒子进行有效处理。通过对某区域AGC策略计算,验证了本控制策略无论是AGC调节费用,还是电网频率或CPS指标等均优于传统的控制策略。     

考虑系统阻尼和频率特性的机组参数优化策略

波动性、随机性风电的大规模并网降低了系统的阻尼水平和频率响应性能,制约了风电渗透率的进一步提升。高风电渗透率场景下,火电机组的惯性时间常数对系统动态稳定特性和调频特性有相矛盾的作用。为了实现系统的综合特性最佳,文中提出了一种通过需求层次分析模型确定协调优化目标函数中各指标的权重系数,进而对机组参数进行优化选择的策略。该策略能够实现对系统不同性能进行侧重性优化,可以在不降低系统动态稳定水平的前提下提高系统的调频能力。仿真结果表明该策略能不同程度地提高系统的阻尼和调频能力,并且在不同渗透率水平下优化效果稳固可靠,增强了电网的外送能力和消纳风电的能力。     

考虑风机虚拟惯性的预测优化PIDD2自动发电控制方法

风电的大规模渗透,使分布式发电系统的自动发电控制(automatic generation control, AGC)必须应对自然环境不确定性所带来的影响,构建了风电机组参与频率调节的区域互联电网AGC模型;然后,对风机虚拟惯性的控制特性进行了分析,将其应用于短时负荷波动的快速响应;在此基础上,提出一种对带有二阶微分的比例积分微分控制器(proportional integral differential plus second order derivative, PIDD2)进行预测优化的控制策略。通过建立含PIDD2控制器的AGC模型,采用预测算法计算该系统的最优预测序列,并据此调整PIDD2控制器的参考信号,从而获取最优的AGC效果。仿真结果表明:在大规模风电渗透的AGC系统中,所提方法能有效解决传统固定参数PID控制器对系统动态变化所表现的不适应性问题。     

双级式有功备用光伏虚拟同步机控制策略

大规模光伏并网发电导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题,迫切需要光伏系统主动参与电网频率调节。以双级式光伏拓扑结构为基础,提出有功备用跟踪的光伏虚拟同步机控制策略。DC\DC侧根据光伏单元运行的最大功率点确定系统的有功备用点,使系统运行在有功备用模式;当电网频率扰动时可调节光伏单元的有功输出来参与一次调频。逆变侧采用与同步机等效的下垂控制方案,将高压直流侧电容模拟为虚拟转子响应功率动态调节,并通过PI控制维持直流电容电压恒定。建立光伏有功调频的小信号模型,运用传递函数分析了直流电容参数对动态性能的影响。在辐照度突降、电网频率突变以及不同系统参数下进行仿真分析,证明了所提方案的有效性。     

考虑功率变化速率的储能辅助单机调频控制策略

风电具有显著的波动性和不确定性,大规模风电并网给电力系统的频率调节带来了严峻的挑战。储能具有灵活爬坡特性和双向调节能力,可有效辅助常规机组参与频率调节,提高参与自动发电控制(AGC)的机组响应能力,从而提高高风电功率波动系统的频率稳定性。以机组功率调节速率能否弥补系统功率波动为判断依据,以储能的有功功率变化速率和有功功率基点作为控制变量,提出一种考虑功率变化速率的储能辅助单台火电AGC机组参与电力系统频率调节的协调控制策略,自适应决策储能的动作时机和动作速率。基于PSCAD/ETMDC平台的仿真结果表明,所提策略以储能更少的动作频度和动作深度,达到了更优的调频效果,可有效减少储能功率/能量容量配置,具有良好的经济性,为储能的多场景应用奠定了基础。     

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。     

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。     

含风电的交直流互联电网AGC两级分层模型预测控制

随着大规模风电接入交直流互联电网,传统的自动发电控制(AGC)方法难以有效地抑制风功率波动带来的频率稳定问题。为此,提出基于两级分层模型预测的AGC策略。该两级分层控制方法在下层对多个区域电网采用分散式模型预测控制;在上层对下层分散的控制器采用动态协调控制方式。以含多电源的两区域交直流互联电网AGC模型为例,仿真结果表明:与集中式模型预测控制和分散式模型预测控制方法相比,文中所提控制策略不仅对频率和联络线功率等具有良好的控制效果,还兼具高可靠性。