计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

现有的系统频率响应（SFR）模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略,对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足,难以准确地反映出系统频率特性。为此,文中提出一种扩展SFR模型。首先,讨论了风电综合惯性控制的机理,分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着,基于风电机组动力学模型,采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数,构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场,提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法,将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合,构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后,将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明,该模型较好地反映了风电调频对频率的影响,具有较高的精度和较快的计算速度。     

风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法

风电机组传统虚拟惯量调频存在可靠性偏低的缺陷。为此,在不额外增加调频能量需求的前提下,以桨叶动能为能量来源,提出了风电机组的两分段下垂调频策略来替代综合惯量,建立其频率解析模型并给出了参数整定方法。首先,为避免复数域模型无法应对分段调频控制分析,建立了两分段下垂调频控制的频率响应时域解析模型,并针对分段引入的非零初始条件问题,采用分部积分法合理化简时域模型,求解初始条件进而得到频率响应解析表达式。然后,基于解析表达式分析得到,两分段下垂控制能够在不额外增加调频能量的情况下具备对虚拟惯量替代的能力。进一步,提出两分段下垂调频参数的等值整定方法,并给出在线映射的应用方法。最后,仿真验证表明了所提策略及调频参数整定方法的有效性与可行性。     

基于参数模糊推理的风机虚拟惯量优化控制策略

随着风电渗透率的增大,利用风电提供虚拟惯量提高系统频率稳定性成为必然需求。但风机固有速度控制器和虚拟惯性控制环节的控制目标存在差异,导致风机的调频效果得不到充分发挥。鉴于此,提出一种基于参数模糊推理的虚拟惯量优化控制策略。通过建立含风电的电力系统频率响应模型,分析了风电主动参与调频对系统频率响应的影响。进一步,从采用附加功率虚拟惯量控制风机的输出增量组成中,推导得出速度控制器输出的调频抑制量。同时,将附加功率量转化为转速释放量,作为速度控制器参考转速调整量,并采用模糊推理算法动态调整虚拟惯量控制参数,避免了固有速度控制器和虚拟惯性控制环节间的矛盾。仿真结果表明,所提方法消除了固有速度控制器对调频的不利影响,可有效改善调频性能,提高了系统的频率稳定性。     

考虑频率二次跌落的系统频率特征评估及风电调频参数整定

风电机组可释放转子动能为系统提供有功支撑,但转速恢复时可能引起频率二次跌落,不利于系统频率稳定.目前,综合考虑系统频率一次跌落与二次跌落过程中的频率特征对风电调频参数进行整定的研究较少.为此,首先提出统一结构模型以近似表征同步机、风电机组等各种发电设备的功率响应.基于此,解析系统频率轨迹并量化评估频率平均变化率和一次、...     

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。     

考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制

对于现有基于风轮被动变速的有功功率控制(APC)方法,桨距角改变仅发生在风轮转速达到转速边界时,而且由于其根据反馈控制律调节,被动变速风轮桨距角设定具有很强的随机性。研究发现,桨距角会明显改变被动变速风轮的动态特性,随机设定的桨距角难以适配实际风速的波动范围,引发风轮超速和电磁功率跌落。为此,文中基于不变桨风速范围指标,建立被动变速风轮桨距角与风速变化范围之间的适配关系,并提出考虑不变桨风速范围的风电机组APC方法。该方法通过增加桨距角设定环节,动态设定适配风速波动范围的桨距角,可克服现有APC方法中桨距角设定的随机性,从而降低风轮达到转速边界的频次,缓解风轮超速和电磁功率跌落。最后,基于风电机组动模实验平台的实验验证了所提方法的有效性。     

大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略

新型电力系统在快速转型中面临严峻的频率稳定局面,隶属于安全稳定控制框架中的防失稳控制防线压力陡增。文中在构建“在线预算、实时匹配”的主动频率响应控制框架的基础上,计及紧急控制成本,提出一种安全与经济相协调的主动频率响应优化控制策略。依据不同调频资源的频率响应动态特征构建区域电网频率响应模型;从经济角度出发,以安全与经济协调为优化目标设计控制原则,构建基于模型预测控制的主动频率响应优化控制策略,通过调频资源动作深度的优化调控,实现频率安全的前提下紧急控制成本进一步降低。仿真分析表明,所提策略可优化协调不同禀赋的调频资源,实现主动频率响应控制的安全与经济协调。     

考虑权重系数的风电机组动态频率控制策略

针对风电并网引起系统频率稳定性能下降的问题,设计一种考虑权重系数的风电机组动态频率控制策略。首先,提出在虚拟惯量控制中引入权重系数的控制方法,以充分发挥惯性控制和下垂控制在频率响应各阶段的控制优势,提升频率控制效果;其次,为优化风电机组运行状态,提出了频率支撑结束后的闭锁控制方法,并针对不同风电渗透场景制定了相关参数调整方案;最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提策略的有效性和适用性。     

双馈风电机组参与电网一次调频的控制策略

由于现有风电机组不能响应电网频率的变化,不增加电力系统的转动惯量,大规模风电接入将对电网频率稳定性构成威胁。基于双馈风电机组的控制特性,提出一种实用化的风电参与电网调频的控制方法。采用分段控制的方式,要求风电机组在一定的频率范围内参与调频。基于转子动能控制原理,在电网频率上升到该范围时通过吸收部分转子动能减少风电机组的有功出力,实现风电机组的频率控制。最后在电力系统仿真软件中搭建风电调频控制的电网模型并以大规模地区实际电网为例进行仿真,研究风电参与电网调频的作用。仿真结果表明,风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网运行提供了可借鉴的理论依据。     

N-k重故障下计及频率安全约束的鲁棒优化机组组合

为了实现“碳中和、碳达峰”的目标,新能源发电在我国能源结构中将逐渐占据主体地位,大量新能源机组并网降低了电力系统的惯量水平和频率抗扰能力。为解决低惯量系统的调频能力,考虑风电机组的调频特性,建立含有惯性响应能力和一次调频能力的火电机组和风电机组的频率响应模型,推导频率最低点的表达式。在传统机组组合中考虑计及机组故障不确定性的频率安全约束,建立N-k重故障下计及频率安全约束的两阶段鲁棒优化模型,并采用Benders分解法进行求解。最后采用基于IEEERTS79的可靠性测试系统进行算例分析,验证文中模型的有效性。     

考虑风电低电压穿越过程的频率最低点量化及其提升方法

风电大面积进入低电压穿越过程将给新能源电力系统带来持续的有功扰动,且由于风电机组的载荷限制,故障切除后有功恢复缓慢,造成其有功扰动形式并非通常研究中所采用的功率阶跃。目前,针对非阶跃扰动下系统频率特征量化的研究较少,若直接将非阶跃扰动视为阶跃扰动进行分析,将带来较大的分析误差。为此,首先提出一种等效设备法,将非阶跃扰动下系统频率响应转化为一等效系统受到阶跃扰动进行分析;然后,结合等效设备法及设备调频动态的统一结构近似表征方法,对考虑风电低电压穿越过程的系统频率最低点进行量化评估;进一步,针对此类场景优化系统调频参数,提升系统频率最低点;最后,仿真验证了提出的频率最低点的量化评估和提升方法的有效性。     

含风电场的MMC-MTDC系统通用频率响应模型

研究含风电场的基于模块化多电平换流器的多端柔性直流(MMC-MTDC)输电系统频率响应特性意义重大。但时域仿真建模过程复杂,不适用于理论分析,亟须提出完整的风电场与MMCMTDC系统的频率-有功功率-直流电压动态特性分析模型。为此,利用模块化多电平换流器平均值模型交直流侧解耦的特点,独立对电网侧变流器(GSC)交流侧和发电机进行等值建模。计及背靠背变流器、汇集交流线路和风电场侧变流器(WFC)损耗的前提下,根据功率转移规律完成了直驱风机和WFC中间环节化简。以直流线路作为交互端口,结合GSC和WFC等值模型,采用模块化建模方法组建了含风电场的MMC-MTDC系统的有功类分量小信号模型。仿真结果表明,通用频率响应模型能准确模拟频率小扰动的动态过程,并进行稳定性分析,为控制系统参数整定提供参考。     

基于阻抗辨识的沽源地区风电并网系统次同步振荡控制策略

大规模风电集群与系统交互作用引发的次同步振荡严重威胁电网运行安全。文中提出一种基于系统阻抗辨识的次同步振荡控制实现框架及计算方法。通过辨识电网侧和风场支路阻抗得到系统序阻抗,基于系统序阻抗实部值的变化来判定稳控系统切除不同风场馈线的有效性,考虑不同风场对系统阻抗的影响大小并基于最小切除量原则制定次同步振荡控制策略。针对实际电网中电网侧阻抗及风场支路阻抗难以辨识的难点,提出电网侧阻抗极限值预估和风场支路阻抗在线测量方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建沽源地区实际风场群并网系统模型,验证了所提次同步振荡控制策略的有效性。     

基于转子动能与超级电容器储能的双馈风电机组惯量和一次调频改进控制策略

风力发电的大规模应用缓解了常规能源紧张的压力,但由于其不具备频率动态调节能力,给电网安全稳定运行带来了较大隐患.双馈风力发电机组在利用转子动能参与系统频率调节时,能有效响应频率变化,但在退出调频时存在频率二次跌落和输出有功功率减少的问题,且不能长时间提供功率支撑.针对这一问题,该文在分析过转子动能的惯量支撑能力之后,提...     

基于协同控制的独立电力系统频率响应优化控制策略

以传统小火电机组为主的独立电力系统由于系统低惯性和火电机组存在固有延时,导致系统动态频率稳定性差。针对此问题,提出含辅助频率优化控制器的机组协调调频方案。首先借鉴风电机组利用转子动能快速调频的思想,将独立电力系统内的部分机组改造为变速恒频机组。然后在分析变速恒频机组惯量控制调频的基础上,以控制流形动态收敛为目标,基于协同控制理论,推导了惯量控制中附加功率的控制律。最后通过配合机组惯量控制利用变速恒频机组转子动能,实现对系统频率变化的快速响应。以某工业园区的独立电力系统为例进行仿真,对比分析所提方法和其他方法下的系统频率指标,仿真结果表明：所提控制策略能快速响应系统频率波动,改善了系统频率响应特性。     

超速风电机组的改进频率控制方法

开发风电机组的控制潜力向电力系统提供频率控制成为对风力发电的新要求。传统的针对超速风电机组的频率控制方法没有考虑对风电机组旋转动能的有效利用,缺乏根据风电机组运行状态对频率控制器参数进行整定的方法,尚未充分发挥风电机组的频率控制能力。因此,提出了超速风电机组的改进频率控制方法,将超速风电机组的转子旋转动能用于降低系统频率变化率,超速减载功率用于系统一次调频,提出了考虑风电机组运行状态的频率控制器参数整定方法。仿真结果表明,提出的控制方法能够充分利用风电机组的旋转动能和减载功率提升系统频率控制效果,同时防止风电机组过度响应,有利于风电机组安全运行。     

基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略研究

近年来风电在电力系统中的渗透率不断提高,导致电力系统惯量降低,电网的频率稳定面临巨大挑战。针对上述问题,该文提出基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略。首先,选择风机功率参考曲线的修正系数作为控制信号,并根据风电机组参与电网频率调节的数学模型建立仿射非线性系统;其次,基于部分线性化最优控制原理将系统变换为一个二阶Brunovsky标准型,求得非线性控制律,从而避免近似线性化产生的问题;最后,引入转子速度函数以及转速恢复函数,避免风机转速的过度下降并完成风机转速的恢复,且不需要控制环节的切换。通过MATLAB/SIMULINK搭建含风电系统进行仿真验证,结果表明,转子动能非线性策略较其他策略在释放更少动能的情况下取得了更优的调频效果,提高了电网的频率稳定性。     

面向频率响应容量规划的快速随机生产模拟算法

在新型电力系统频率响应容量规划中,由于需要计及频率动态过程而进行时域仿真,已有仅考虑供需功率偏差的随机生产模拟方法已不再适用。针对新型电力系统的多资源结构,设计了包含风电、火电、燃气轮机发电、水电以及储能设备等资源类型的随机生产模拟算法框架,基于参数聚合与惯性环节拟合,建立了多资源的系统频率响应聚合模型,通过系统开环实现对最大频率偏差的解析分析,进而达到频率动态过程快速分析的目标。仿真算例表明：与基于时域仿真的传统方法相比,所提方法在满足计算精度的前提下,计算效率显著提升,可较好地满足快速频率响应备用容量规划制定的需求。     

基于频域振荡模式的次/超同步分量可观可控分析

直驱风电机组接入弱交流电网时会引发电力系统的次/超同步振荡,产生的超同步分量幅值一般不同于次同步分量,具体产生机理缺少清晰解释。文中基于频域正负序耦合阻抗回路的振荡模式,定量分析了次/超同步分量的可观可控度,解释了次/超同步分量的可观可控规律。首先,建立直驱风电机组并网系统的频域正负序回路耦合阻抗方程,分析了次/超同步分量与正负序分量、dq分量之间的关系,解释了次/超同步分量幅值不相等的成因。然后,从定量的角度推导了次/超同步振荡模式在正负序分量、次/超同步分量上的可观可控度表达式,实现了次/超同步分量可观可控分析。最后,应用灵敏度的方法分析了影响次/超同步分量大小的参数,并针对理论分析结果进行了仿真验证。     

交直流子网双边惯量约束下互联变流器动态功率控制策略

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用,混合微电网（HMG）的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器（ILC）互联运行时,子网的动态特性会通过ILC耦合,因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型,分析了子网双边惯量对HMG动态性能和稳定性的影响规律。针对交直流子网互联后功率振荡和变化率越界等问题,提出一种考虑双边惯量约束的ILC动态功率控制策略;并以HMG动态性能、系统稳定性和功率传输极限为约束条件,优化设计了动态功率控制器的参数。基于StarSim半实物仿真平台搭建了HMG系统,在多种工况下验证了所提出的动态功率控制策略和参数设计方案的有效性和适应性。