区域负荷惯性时间常数分析及辨识

“双高”电力系统降低了惯量,危及频率稳定。负荷构成复杂,准确的惯性时间常数辨识有利于系统的惯量评估。为此,提出一种区域负荷惯性时间常数辨识方法。首先,基于广义惯量给出负荷惯性时间常数表达式,提出基于负荷并网点电压频率和功率摇摆曲线;然后,利用最小二乘法进行惯性时间常数辨识,并针对多点负荷,给出了区域负荷综合惯性时间常数计算式;最后,通过ETAP12.0对IEEE的3机9节点系统(不含新能源机组)和华东电网局部(含新能源机组)仿真验证所提方法的先进性和有效性。结果表明,提出的方法能够有效计算评估负荷的惯性特性,支撑电网频率稳定分析。     

高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述

惯量在电力系统抵抗功率扰动中起到关键作用。在大规模新能源并网的背景下,低惯量特征在削弱电网对功率扰动鲁棒性的同时使系统动态行为愈加复杂。总结了国内外对电力系统惯量相关问题的研究动态和成果,并为低惯量电力系统的研究供了建议。首先,对近年来实际电网中由于惯量支撑能力不足而引发的电力系统频率失稳停电事故进行了回顾。其次,从惯性的量化评估、惯量支撑能力提升及基于惯量的新能源电网优化运行3方面对弱惯量支撑电力系统的研究现状及研究路径进行归纳梳理。最后,结合现有成果对弱惯量支撑电力系统的研究进行展望。     

计及储能的低惯量电力系统频率特性分析EI北大核心CSCD

双碳目标下,电源结构清洁低碳转型将成为我国未来电力系统必然发展趋势,随着风光资源大规模开发利用,新能源发电装机比例持续快速增长,系统逐步呈现“低惯量”特征,频率安全稳定面临挑战。该文首先阐述系统惯量的重要量化表征指标之一——惯性时间常数的物理意义。基于电源装机结构,分析我国电力系统惯性时间常数的演化趋势。基于经典频率响应模型,给出计及储能的电力系统频率响应模型,借助传递函数推导开展频率稳态及动态特性分析,并给出功率缺额扰动下系统频率输出表达式;在此基础上,围绕频率跌落最低点,剖析储能及系统惯性时间常数对于抑制低惯量电力系统频率下降风险的作用规律,并结合时域仿真开展不同惯量水平下场景仿真论证。研究表明,储能通过直接减小系统不平衡功率,可快速有效抑制频率变化,且惯性时间常数越小的系统,效果越为显著。     

基于系统辨识的电力系统惯量在线评估改进方法

虽然基于系统辨识的惯量在线评估方法可以在线评估电力系统惯量,但是目前无法确定最佳的模型阶次,导致误差较大。为提升惯量在线评估的准确性,首先对电力系统正常运行条件下的实测数据进行信号预处理,防止噪声信息造成的过拟合现象,以提高抗噪声扰动能力。其次将发电机的有功功率变化量作为输入,频率波动作为输出,利用AIC准则确定系统辨识模型阶次,使用系统辨识方法建立合适的动态模型。然后利用辨识模型的阶跃响应计算系统惯量,避免惯量在线评估过程中对模型降阶引起的误差。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建仿真系统,验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于改进RoCoF测量方法的储能辅助光伏机组快速调频策略

大规模光伏机组并网导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题。现有的有功备用方案虽然可以满足一次调频的需求,但难以提供惯量支撑,且弃光运行会影响发电效益。为此,提出一种储能辅助光伏机组实现虚拟惯量和一次调频的协调控制策略,在保证光伏发电效益的同时能够减少一半的储能容量。所提策略通过光伏变功率跟踪响应频率上扰、储能装置响应频率下扰的方式进行一次调频,并控制储能装置为系统提供惯量支撑。构建数学模型揭示由锁相环测量频率变化率（RoCoF）引发惯性功率跌落的本质原因,据此提出了运用一阶高通环节对频率变化率测量值进行修正的方法,以提升虚拟惯量控制效果。通过微电网算例仿真对比分析了有功备用控制和所提协调控制的频率调节效果,结果表明协调控制策略性能更优。     

一种风场主动支撑电网的智能自适应控制方法

风电的不确定性和高渗透率,导致电网调度控制难和电网惯量下降等问题,为此提出了基于混合储能的功率分配系数自适应控制策略和基于T-S模糊神经网络的调频功率自适应控制策略。首先,对风场混合储能系统健康状态进行评估;其次,功率分配系数自适应控制器根据各组混合储能系统健康状态系数对风场所有风机输出总功率和调度功率之间的差值进行分配,实现电网调度功率跟踪;最后,调频功率自适应控制器根据电网频率偏差和各组混合储能系统健康状态控制各组混合储能系统为电网提供频率支撑。仿真分析表明,所提出的功率分配系数自适应控制策略能有效分配功率差,减小电网调度控制难度;调频功率自适应控制策略能有效增加电网惯量,为电网提供频率支撑。     

一种提升交直流混合微电网动态特性的综合惯量控制方法

针对交直流混合微电网功率平衡及惯性低的问题,考虑风机、储能惯性支撑能力,提出一种交直流混合微电网综合惯量控制方法。首先,基于交直流混合微电网拓扑结构,简要分析综合惯量控制原则。其次,详细推导混合微电网中风机、储能可提供惯性输出功率的表达式,提出风储联合惯量控制策略。针对混合微电网功率平衡问题,利用交流频率与直流电压之间耦合关系,推导出互联变换器惯性传输功率表达式。最后,建立交直流混合微电网仿真模型,验证了所提综合惯量控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略可充分利用储能大惯量特性,联合风机参与调频调压,为系统提供惯性支撑。该策略维持混合微电网功率平衡的同时保证了两侧子网的电能质量,实现了混合微电网的动态性能提升。     

基于同步机三阶模型的电池储能电站主动支撑控制及其一次调频贡献力分析

为提高储能变流器并网稳定性及储能电站参与电网频率调控的可控性,该文提出一种基于同步机三阶模型的电池储能电站的主动支撑控制策略,该策略能将储能变流器等效成具有励磁系统和调速系统的近似同步电压源,为低惯量、弱阻尼的新能源电力系统提供必要的惯量特性与阻尼特性。通过对储能电站调差系数的设计整定,刻画了储能电站适应于电网不同调频深度需求的正向静态频率特性,分析了不同控制参数下储能电站参与电网频率调控的惯量反应及一次调频特性。同时将新能源电力系统中储能电站调频出力实际值与传统机组调频出力实际值比值定义为储能电站参与电网频率调整的贡献因子,用以表征储能电站辅助传统机组参与电网一次调频中减小稳态频率偏差量的贡献力。该策略通过对储能电站灵活性的合理配置,能够为高比例新能源发电并网营造一个稳定友好型的频率环境。     

基于惯量支撑和一次调频需求的VSG储能单元配置方法

分布式电源大量接入电网会引发电网惯量、阻尼缺失和系统稳定性下降问题,虚拟同步发电机(VSG)在分布式电源友好接入和提高电力系统稳定性等方面极具应用前景。作为虚拟惯量的物理基础,储能单元的配置直接影响着VSG的性能和成本。文中基于VSG的惯量支撑、一次调频两大基本功能,建立了响应电网频率波动的储能单元出力模型,提出了一种以元件参数和控制参数为基础的储能单元配置方法。然后,计及下垂系数、阻尼系数和惯性常数,研究了储能单元出力的暂态特性及其调节机制,并分析了储能单元功率、容量需求受控制参数影响的机理,明确了影响程度最大的控制参数。最后,借助仿真和实验证明了所提方法的正确性。     

基于功频下垂控制的并网型储能系统惯量与阻尼特性分析

基于功频下垂控制的并网型储能系统可有效解决分布式电源大规模接入导致的电网频率稳定性降低的问题,同时等效提高电力系统的惯量水平与阻尼能力。以基于功频下垂控制的并网型储能系统为研究对象,通过建立其直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型分析了影响储能系统惯性水平、阻尼效应和同步能力的主要参数及其影响规律。研究结果表明:下垂控制环节和功率控制环节是储能系统惯性效应与阻尼效应的主要来源,通过下垂系数和功率环PI参数的优化设计即可等效改变系统的惯性/阻尼特性。仿真实验的结果证明了研究结论的正确性,研究结论将有益于设计有效的储能系统控制策略,以辅助提升电网的惯性水平和阻尼能力,增强分布式发电系统及其接入电网的稳定运行能力。     

基于电力系统分区惯量估计的储能容量配置策略

针对大规模新能源接入导致电力系统惯量水平下降,提出了一种基于分区惯量估计的储能容量配置策略。基于传统电力系统的惯量机理分析,建立了含新能源电力系统的等效惯量模型和风光储能虚拟惯量模型。运用谱聚类对电力系统进行分区解决惯量空间分布不均影响估计精度问题,并基于皮尔逊相关系数确定测量节点。运用差值法对分区后系统的各个区域进行惯量估计,进而利用分区惯量估计结果设计电力系统储能容量配置策略。在DIgSLIENT/PowerFactory中搭建含风机的IEEE 10机39节点模型进行仿真验证。仿真结果表明所提方法可以减小惯量估计误差,基于惯量估计结果可以对储能容量进行合理配置,保证储能系统实现快速调频和提供虚拟惯量支撑。     

储能参与风电场惯性响应的容量配置方法

在当前风电高渗透率的背景下,电力系统对风电场的惯性响应能力提出了相应的技术要求。风电机组通过转子惯性控制可以提供一定的支撑,但受转子转速限制,风电机组难以在全风况下满足惯性响应需求。针对该问题,文中提出储能参与风电场惯性响应,将风电机组的转子惯性控制和储能控制相结合,使风电场具备类似于传统电源的惯性响应能力,并分析了不同风况下的储能容量需求,提出了基于非参数核密度估计的储能容量配置方法,摆脱了传统参数估计法对风速分布特性的依赖。算例分析表明,所提方法可有效降低储能配置容量,提高储能参与风电场惯性响应的技术经济性。     

提升电网惯性与一次调频性能的储能容量配置方法

风电、光伏等新能源机组取代同步发电机组接入电网,使电网的惯性和一次调频备用容量下降,电网频率的暂态稳定性也随之下降。针对这一问题,通过分析储能控制器系数与电网频率动态之间的关系,提出了一种定量配置储能的方法。该方法能够维持新能源机组取代传统机组接入前后,系统惯性大小以及一次调频能力不变。同时,针对新能源机组输出功率的波动性会导致承担的负荷低于装机容量的问题,文章进一步根据新能源电站历史输出功率数据,通过设置置信水平的方式来确定储能容量大小,从而提升储能配置的经济性。仿真结果表明,所提储能配置方法能够定量补偿电网的惯性大小和一次调频备用容量,有效提升电网频率的暂态稳定性。     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型

针对新型电力系统中大规模可再生能源并网和高比例电力电子设备的接入,导致系统惯量水平下降,影响电网安全稳定运行的问题,提出一种新型电力系统多能源能量惯性动态优化控制模型。首先,分析电力、热力、燃气的惯性特性,分别建立电力系统和热、气系统能量传递惯性模型。其次,基于多能源输运下的耦合协调关系,提出一种基于事件驱动电力、热力、燃气系统动态惯性优化控制方法。最后,建立修改的IEEE 39节点电力系统、6节点热力系统和7节点燃气系统的仿真模型进行算例仿真,仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效改善新型电力系统的频率响应,保持系统运行鲁棒性。     

基于差值计算法的系统分区惯量评估方法

随着新能源的大量接入,系统惯量下降且分布不均的特征日益明显,系统频率响应呈现时空分布特性。文中提出了一种基于差值计算法的系统分区惯量评估方法。首先,根据机组间频率响应特性相似程度对系统进行分区,并确定各区域的主导机组。然后,在分区和主导机组选取基础上,提出了一种差值计算方法,测量扰动发生后区域间联络线上功率和主导机组频率,对各区域惯量水平进行评估。该方法所需测量数据较少,只须在区域间联络线和主导机组上测量数据,能够实现惯量评估的在线应用。在PSASP中建立了IEEE 10机39节点系统,验证了所提方法在系统不同运行情况下的正确性,并分析了扰动数据时间段的选取对惯量评估正确性的影响。验证结果表明,所提方法适用于含大规模新能源电力系统惯量评估,具有较高的精度。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

计及等效转动惯量的储能最优调频控制方法

未来电网侧大规模储能将承担系统更多调频任务,因此研究储能系统提供的等效转动惯量是十分必要和有益的。根据系统频率变化等效原则,研究了储能系统转动惯量计算方法,同时比较了典型控制方式下的储能系统转动惯量特性,给出了储能系统不同控制方式的应用场景。根据储能系统不同控制方式下的等效转动惯量特性,给出了一种最优调频控制方法。通过建立仿真环境,对不同控制方式下的储能转动惯量进行计算,对储能系统不同控制方式在频率变化的不同阶段进行分析,验证了理论分析结果的正确性及最优调频方法的有效性。