高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

新能源高占比电力系统惯量相关问题研究

惯量在维持电力系统暂态稳定中具有重要作用,尤其是由于功率扰动引起的频率稳定问题。为了最大限度地实现“双碳”目标,新型的新能源高占比的电力系统必将成为我国电网建设的主体。然而,由于大规模新能源并网导致的低惯量问题,不仅影响了电力系统频率稳定性,而且也使电网的动态行为更加难以预测。介绍了惯量的基本概念,并分析了近些年由于缺乏足够系统惯量支撑能力而引起的频率波动、切负荷以及停电事故。从惯量的时空分布特性以及新能源高占比电力系统的等效惯量评估两方面对低惯量电力系统的研究方法和研究成果进行归纳梳理,给出了提升惯量支撑能力的措施和今后研究低惯量电力系统的建议。     

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。     

高比例新能源接入场景电力系统频率分析模型改进与应用

分析现有含新能源系统频率模型进行仿真验证,发现其在部分工况下误差较大.通过在现有模型基础上增加原动机限幅环节,区分系统有效调差比例系数与有效惯量比例系数,提出了考虑限幅环节含新能源系统频率模型与简化聚合模型.通过典型系统算例表明,所提2种模型在不同新能源接入比例与类型下均有较好拟合预测效果,能够反映系统整体惯量和一次调...     

高比例新能源接入下谐波电能计量方法研究

实现电网低碳运行、清洁能源高比例消纳,是电网公司落实“四个革命、一个合作”能源安全战略、助力实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一,大量新能源接入而形成的新能源电网中谐波含量远大于传统电网,传统电能计量方案难以满足新能源电网电能计量新需求。在分析发电、用电场景下传统电能计量方案的缺点后,提出一种计及新能源电网谐波的电能计量方案。该方案可实现用户用电基波电能计量、用户基波发电量计量以及用户谐波电能计量。并以上述计量功能为基础,分析新型电能计量方案的用户补偿以及谐波处罚策略,给出新型计量方案下的用户电能费用计算方法。最后通过算例分析证明了新方案可保证供电企业以及用户各方的利益。     

高比例新能源电力系统振荡机理及其分析方法研究综述

高比例新能源通过大量电力电子变换器并网给电力系统的动态特性带来影响,一些振荡问题逐渐凸显.是目前电力电子化电力系统领域广受关注的重要问题之一.为了深入研究高比例新能源电力系统的振荡问题,对新能源电力系统振荡机理分类和振荡分析方法展开介绍.首先借助LC振荡电路从解析角度对负阻尼振荡、强迫振荡(外共振)和自谐振(内共振)等...     

高比例电力电子电力系统频率响应的惯量体系研究

高比例电力电子电力系统中,大规模新能源与直流跨区输电接入替代了原同步电网的部分同步机,系统惯量在特点及形式上发生改变,由此带来的低惯量问题改变了系统频率特性,传统惯量响应体系及分析方法面临挑战。该文从传统同步系统频率响应机理出发,阐述电力电子设备接入对系统频率动态过程的影响。针对高比例电力电子电力系统的复杂惯量响应特性,在充分分析惯量响应阶段影响因素及作用机理基础上,从惯性为抵抗系统频率变化的物理属性出发,对同步发电机惯量的概念进行拓展,提出电力系统广义惯量定义,并从系统层面对不同惯量形式进行梳理并分类,形成系统频率响应的广义惯量响应体系及分析方法。最后,介绍新能源接入对系统惯量进而对系统频率的影响,并对未来电力系统广义惯量水平进行推演,从而为高比例电力电子电力系统频率稳定研究奠定基础。     

高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述

电力系统正逐步向高比例新能源和高比例电力电子设备趋势发展,而电力电子设备与电网之间相互作用引起的宽频振荡成为影响电网安全稳定运行的重要问题之一。该文首先阐述了电力系统电力电子化趋势对电力系统振荡的影响,并从广义角度对电力系统宽频振荡进行定义。其次,与传统电力系统的振荡进行对比,对宽频振荡的形态特征进行总结,分析了宽频振荡的形成机制。然后,整理了宽频振荡的数学模型、时空分布特性和抑制措施等方面的研究现状,指出宽频振荡研究目前存在的问题及面临的挑战。最后,分别从宽频振荡的建模方法、特征分析、机理研究及抑制措施等4个方面,提出了电力系统宽频振荡的研究思路和方法。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

高比例可再生能源电力系统调峰问题综述

随着可再生能源在电力系统中所占的比例日益提高,电力系统的电源结构发生了巨大变化,可再生能源的高渗透性、出力的随机性和不确定性,使得电源侧、负荷侧对电力系统调峰资源需求问题逐渐凸显。首先,总结可再生能源时序发电特性和空间分布特性,对高比例可再生能源电力系统的调峰问题进行了说明。然后,对多种调峰储能类型的配备、特点、发展趋势等研究成果进行总结与归纳,对需求侧参与电力系统调峰方式进行归纳总结,包括需求响应建设、发展电力市场和辅助调峰服务市场以及增强电力传输能力。最后,对未来高比例可再生能源电力系统调峰问题研究前景进行了讨论与展望。     

高比例新能源电力系统稳定拐点释义

为能够明确"十四五"电网规划的面临的问题和技术要求,根据我国电力系统稳定性主导类型,划分了我国电力系统发展的5个阶段;分析了拐点在数学上的明确定义和充分条件,并将其定性应用于电力系统稳定性拐点的定义,研究并提出了电力系统稳定性拐点存在的充分条件。分析了我国电力系统发展过程中存在的拐点。针对未来高比例新能源系统,按照送端、受端电力系统,以标准算例和实际算例,分析了未来受到稳定约束的最大新能源发电出力比例。提出提前采用新技术,构筑拐点,提升新能源接纳比例的建议。     

高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望

随着“碳达峰·碳中和”战略目标的推进以及新型电力系统建设逐步开展,以风电、光伏为代表的新能源持续快速发展,大规模新能源的强不确定性和随机性对电力系统安全稳定经济运行构成了巨大考验。首先,深入分析了高比例新能源电力系统有功功率与频率控制在实时平衡、调频资源、市场发展、安全防御等方面面临的形势与挑战;其次,介绍了多控制区协同控制、多类型资源有序调用、经济调度与自动发电控制的协调配合、安全事件检测与防御、智能化与新技术5个方面的核心问题和研究进展;最后,围绕多控制主体有功频率控制、海量泛在资源协同控制、辅助服务市场闭环控制、风险防御能力提升、人工智能技术深化应用等重点研究方向进行了探讨和展望。     

含高比例新能源的电力系统低频振荡分析与抑制综述

随着碳达峰、碳中和目标的持续推进,由火力发电主导的传统电力系统逐步转变为以新能源为主体的新型电力系统。然而,高比例新能源的接入不仅会改造传统机组的低频振荡特征,亦会引入“类机电振荡”。为深入综述该问题,从电力系统潮流、惯量和动态交互的角度,分析了新能源并网对低频振荡的本质影响因素。针对不同的低频振荡类型,系统梳理了对应的产生机理及分析方法。进一步地,在新型电力系统“源-网-荷-储”架构下,对比分析了各类低频振荡抑制方法及其作用效果。最后,针对低频振荡影响因素、振荡机理及其分析与抑制方法的最新研究成果进行总结与展望。     

高比例新能源接入区域电网稳定控制技术探讨

有色金属行业等一些高耗能生产企业为降低生产成本,在具备条件的地区自建电厂或与主网联网或孤网运行.随着国家环保政策从严以及新能源发电成本的大幅下降,建设新能源电源成为新的选择,然而新能源发电具有间歇性且涉网鲁棒性较差,高比例新能源接入后恶化电网面的稳定问题.从高比例孤立电网存在的频率等问题出发,结合实际工程经验,介绍了稳...     

高比例新能源接入下电网输配电成本多主体分摊模型

合理疏导高比例新能源接入下电网输配电成本是推进新型电力系统建设的重要环节。针对高比例新能源接入催生的输配电成本分摊疏导问题，提出了面向系统接网成本和强化成本的多主体划责分摊模型。首先，对于接网成本，考虑到新能源企业成本承担能力存在差异，以企业异质性为特征聚类甄别得到新能源企业集群后，基于新能源企业集群内部成本责任度量分摊接网成本。其次，对于强化成本，基于强化成本效益核算源网侧电网强化成本，分析新能源并网风险因素，考虑强化成本的共享属性构建新能源企业聚合体-联盟聚合体双层成本分摊结构，并引入风险因子量化新能源并网风险对强化成本的影响程度，进而采用不可分成本衡量新能源并网风险，提出基于EANS-Owen值的强化成本分摊模型。最后，通过算例验证了所提模型能公平合理疏导输配电成本，为面向新型电力系统的电网投资规划提供理论支撑。     

基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。     

高比例新能源接入引起的电网充裕度变化研究

针对高比例新能源接入电网时产生的相关问题,对新能源接入后的电网充裕度变化展开研究。首先建立五种充裕度评价指标模型,并提出高比例新能源电力系统充裕度的计算方法,再评估某省风电和光伏装机容量及其在总装机中所占比例在典型日对电网充裕度的影响。评估结果表明随着新能源渗透率的不断提高,电网可靠性和新能源消耗率不断提高。     

高比例新能源和电动汽车接入背靠背并联系统优化控制

柔性开关设备作为一种新型配网设备,将极大提高配电网的灵活可控性,从而降低高比例新能源和电动汽车接入带来的影响.考虑到设备容量及效率,背靠背系统的并联技术成为一种理想方案,但是系统之间的环流成为亟待解决的问题.为此,提出一种低通信预测控制方法实现系统之间的环流抑制.首先,考虑到新能源和电动汽车间歇性运行特点,采用柔性并联...