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。     

基于风电不确定性的电力系统机电暂态过程

随着风电功率的随机性对电力系统稳定性的影响愈发突出,如何分析含动态随机激励的电力系统暂态稳定性,对电力系统的动态安全具有重要意义。基于随机微分方程理论,提出了计及风电不确定性的电力系统模型,讨论了不同风力发电机在风速波动下的随机动态并网模型。通过双机无穷大系统和3机9节点系统对系统的静态及动态稳定性进行了分析。仿真结果表明,风电不确定性一定程度上会恶化系统的暂态稳定性,同时会引起长期无法消除的低频振荡,由不确定性产生的波动而造成的系统震荡会加剧并网造成的危害。     

华东电网一次调频能力量化评估及运行控制策略

随着新能源发电及区外直流来电占比的增加,电网一次调频能力愈显不足,保障电网频率安全日益重要。文中建立了包含同步发电机、调速器及负荷模型的频率仿真简化模型,并考虑了电网电压波动对负荷的影响,采用频率仿真简化模型对实际及预想故障下电网频率进行了仿真。与中国电科院电力系统仿真软件(BPA)详细模型仿真结果的比较表明,简化模型频率仿真的精度满足要求。应用该模型对华东电网当前及未来的频率安全形势进行了评估,指出2025年华东电网频率安全面临严峻挑战,要提高常规同步发电机的一次调频能力并控制直流来电占比,逐步考虑新能源具备虚拟惯量和一次调频能力,实现新能源机组友好并网,满足未来电网发展需求。     

考虑并网友好性的风电实时有功调度

为了最大程度消纳风电及激励风电场改善并网特性,提出了一种考虑并网友好性的风电实时调度策略及相应的调度模型。基于电网运行工况及电网外送通道联络线功率偏差,动态计算电网风电消纳实时裕度。基于历史运行数据及超短期预测信息评估风电场出力预测精度、出力波动性及负荷跟随特性,评价风电场并网友好性。建立计及风电并网友好性及最大化消纳风电的风电实时有功调度模型。将提出的调度模型应用于IEEE 31节点系统,仿真验证了该方案的有效性。     

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.     

计及动态频率响应约束的高比例风电电力系统机组组合模型

风电具有强不确定性,其大规模并网极大地削弱了电力系统抵御频率波动的能力.为保障高比例风电电力系统的频率安全,该文从电力系统机组组合角度提出改进措施.首先,建立电力系统源-荷-储多主体动态频率响应模型,依此构建电力系统整体动态频率响应模型,并采用全系统等效调速器方法对模型进行简化.在此基础上,进一步提出系统受扰后的最大频率变化率、稳态频差、最大频差计算方法.然后,以系统运行成本最小为优化目标,构建计及动态频率响应的高比例风电电力系统机组组合模型,并提出求解模型的双层优化方法.最后,基于改进IEEE 39节点系统进行算例分析,算例结果表明,所提机组组合模型在改善系统运行经济性的同时,能够有效提高系统的频率安全水平.     

储能电源参与电网调频的需求评估方法

基于风电功率波动特征,定量研究了大规模风电并网对电网频率的影响。定义了考察风电并网对电网频率影响的量化指标,构建了电网等效区域模型和储能电源参与一次调频的仿真模型,仿真分析了风电并网环境下,传统机组一次调频和储能电源参与一次调频2种情形下的电网频率波动特征。研究结果表明,利用储能电源的快速吞吐能力辅助电网一次调频,能有效抑制风电功率中、高频波动分量对电网频率的影响,显著减小电网频率波动,大幅度减小风电并网环境下传统机组的二次调频压力和容量需求,从而论证了大规模风电并网条件下,储能电源参与电网调频的技术必要性。     

计及AGC的含风电电力系统频域建模及参数分析

风电功率激励下系统的频率响应特性不仅与风电接入量有关,还受风电接入位置、AGC控制单元和系统参数等因素的影响。为了研究影响频率质量的关键因素,本文建立了一种考虑发电机、调速器、调频器和负荷特性以及系统网络结构的含风电电力系统频率响应的频域分析模型,并推导了计及AGC的电力系统频率响应的传递函数。在IEEE 10机39节点系统上,利用传递函数的幅频特性曲线,分析了风电接入点、AGC控制单元和系统参数变化对动态频率响应特性的影响。最后,利用本文提出的模型,结合实测风电功率数据仿真分析了AGC对系统频率质量的影响。     

考虑风电主动参与频率控制的电力系统运行可靠性评估

近年来，通过采用合理的控制策略，双馈感应式风力发电机组已广泛参与系统的频率调节过程。因此，风电作为一种日益重要的能源，有望在现代电力系统中兼具重要的发电和频率调节任务。考虑到风力资源的多变性，风力发电具有固有的不确定性，大规模风电并网会给电力系统可靠性和频率安全带来冲击。研究了高比例风电电力系统可靠性和频率的综合评估问题，首先，对计及双馈风机虚拟惯性响应的系统频率调节过程建模，求解系统在供需波动和设备故障下频率偏差的解析表达式；其次建立了发电机频率敏感的可靠性模型，旨在分析系统可靠性和频率偏差间的耦合关系；最后提出了多时间尺度分析框架用于计算系统可靠性和频率综合指标。结果显示，提出的框架在可靠性评估中综合考虑了频率调节过程及频率变化对可靠性参数的影响，可为高比例风电电力系统运行可靠性研究提供一定指导。     

一种风力机虚拟惯量控制与传统发电机调速控制的协调方法

风力机虚拟惯量控制能够有效减小风电并网系统频率下降的幅值和速度,但也相应地减小了传统同步发电机调速器的控制输出,导致系统频率恢复时间变长,且可能导致系统频率的二次下跌。建立了风电并网系统的仿真模型,分析了虚拟惯量控制对于系统频率支撑作用的机理,基于负荷扰动过程的能量分析提出了一种风力机虚拟惯量控制与传统发电机调速控制的协调方法,将虚拟惯量控制辅助功率和风力机转速恢复所需消耗的功率补偿到传统发电机调速器的负荷参考中,从而提高系统频率的恢复速度,并可防止系统频率的二次下跌。理论分析表明了该补偿方法不会造成系统频率的过调节。仿真计算验证了所提方法的有效性。     

风电系统在变风速条件下的并网运行仿真研究

介绍了当今国内外风力发电发展状况和风力发电机组并网后对电力系统的影响.阐述了变速风电机组并网后动态特性的重要性,同时利用仿真软件构建了基于变桨距风机并网风电场动态仿真模型,并对此风力发电系统在风速扰动情况下的运行状态进行了动态仿真.仿真结果表明,变风速使风机输出有功功率、无功功率会出现低频率不等幅震荡,会对系统电压、功...     

并网型风电场电压稳定研究

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了无功补偿电容器容量的不同计算方法和投切方式。结合风电无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性。对某实际风电场应用SVC无功补偿优化结果的分析表明:它可提供动态的电压支撑,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响,很好地改善系统的运行性能。     

基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流算法研究

柔性直流输电系统非常适合海上风电场并网,但传统交/直流混联系统潮流算法在计算基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流时存在缺陷:直流系统移开后,风电场交流节点变为孤立节点,剩余交流系统的雅可比矩阵不可逆,迭代过程无法进行。针对这一缺陷提出了一种含VSC-HVDC的混联系统(AC/VSC-HVDC)潮流解耦算法:该算法将交、直流系统进行解耦,分别迭代计算。所提算法克服了目前交/直流混联系统潮流计算方法存在的对交流潮流计算程序继承性差、扩展变量多、计算速度慢等缺点;也解决了风电场VSC-HVDC并网系统潮流算法中存在的问题。通过标准算例的计算验证了所提方法的有效性,可以用来对风电场直流并网系统进行稳态潮流分析。     

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。     

UIPC与STATCOM联合改善风电并网系统电压稳定性

针对由风电出力不稳定性和间歇性所导致的电压不稳定的问题,本文充分结合FACTS技术的优点,提出一种将统一相间功率控制器(UIPC)和静止同步补偿器(STATCOM)联合起来,应用于风电并网系统中的方法,以改善风电并网系统的暂态电压稳定性。该方法是在风电场与电网的连接线上串联统一相间功率控制器(UIPC),将STATCOM并联在风电场的母线上;利用UIPC调节风电场与电网之间的功率的流动,并在系统发生短路故障时限制短路电流,以此降低故障发生时母线电压跌落的程度,同时使用STATCOM进行无功补偿,使电压得到及时的恢复。本文通过建立相应的仿真模型,利用UIPC和STATCOM对风电并网系统电压稳定性进行联合控制,结果表明该方式在风电并网系统中会使系统电压暂态稳定性得到极大的加强。     

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。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

基于模态分析的风电场并网谐波谐振研究

针对风电场并网时易发生的谐波谐振问题,采用模态分析法对风电场并网系统的节点导纳矩阵进行解耦处理,并通过特征值分解确定其谐振频率、谐振中心等相关信息。首先建立并网LCL逆变器等效诺顿模型和电网等效模型,基于已建立模型,采用模态分析法分析风电场并网谐振现象并给出各节点谐振参与因子、谐振中心等谐振信息。基于仿真平台PSCAD按照某99 MW风电场参数搭建实例仿真模型,在验证模态分析法可行性的同时,深入研究随着风电场集电线路长度和风机并网台数改变时的并网谐振各节点参与因子与谐振中心的变化规律。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

风电场并网运行的无功补偿优化问题

风电场的功率输出具有很强的随机性,对风电场运行后的无功优化和系统稳定性问题进行了探讨。采用基于约束规划的无功补偿模型,提出基于随机模拟技术和Beta分布的粒子群优化解算方法。论述了Beta分布的粒子群算法的关键实施技术(Beta分布函数、初始可行解的产生策略、粒子的更新策略)及具体优化解算过程,并采用风电场并网运行的无功补偿优化及风电场并网运行的稳定性校验实例,表明该模型能满足可靠性和经济性条件下风电场所需的补偿容量,所采用的解算方法效果好。