电力系统频率响应模式及其量化描述

电力系统的安全稳定运行很大程度上依赖基于频率响应的调控,响应模式是对动态系统轨迹特征最本质的量化描述.目前缺少对大电网频率响应模式的定义,以及从时间尺度和空间尺度量化描述频率响应模式的指标和方法.该文系统阐述大电网频率响应统一性、分散性、独立性与耦合性的内涵和辩证统一关系;定义频率响应模式,从不同角度量化描述系统动态频...     

新型电力系统的频率响应模型综述及展望

“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”电力系统日趋形成,频率响应的精准预测和安全控制面临更大挑战。首先详细论述了传统电力系统频率响应模型的构建和使用方法,包括时域仿真法、单机等值法、线性分析法、基于人工智能技术的频率预测方法。其次,阐述了基于广域测量系统的电力系统动态频率时空分布模型和惯量评估特点。然后,分析了基于频率模型的新能源控制和低频减载优化方法。最后,展望了电力系统频率响应建模与预测方面亟须解决的主要问题。     

电力系统动态频率分析与应用研究综述

总结了动态频率定义和分类,剖析了电力工业对频率动态行为分析的需求,分析比较了全状态模型、等值单机模型以及人工智能等各类动态频率计算方法的特点和适用范围,强调了动态频率仿真计算中需特别注意的各种模型因素,综述了暂态频率偏移安全性、频率稳定性评估理论的进展,总结了广域动态频率信息的应用现状,提出了动态频率领域亟需研究的若干问题。     

基于实测数据的电力系统电压动态时空分布特性研究

针对电力系统的动态电压响应存在时空分布特性的问题,本文提出了一种完全基于实测数据的电压动态时空分布特性量化描述方法,建立了描述电压动态时空分布特性的综合指标体系。通过计算扰动后各观测点电压平均变化率、最大相对变化量、对扰动的响应延时、持续时间、扰动贡献指数,以多维信息角度从实测数据中提取知识,直观掌握扰动的传播过程和影响范围,同时讨论了其潜在的应用价值及领域。最后,利用吉林电网广域测量系统实测数据,揭示了真实电网电压的时空分布特性,验证了所提量化描述方法和指标体系的有效性。     

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。     

电力系统的动态频率特性及其对低频减载的影响

电力系统的动态频率特性是制定低频减载方案的依据,复杂电力系统在动态过程中的频率具有时空分布特性,使自动低频减载装置不能按照设计的理想状态动作。本文对复杂系统的动态频率特性作了数值仿真计算,分析了复杂电力系统动态频率的时空分布特性及其对现有低频减载装置动作正确性的影响,为改善低频减载装置的设计与运行提供参考。     

基于实测轨迹的频率动态时空分布特性研究

为研究系统的动态频率特性,通过设定频率阈值,在东北地区地理位置图上标记发生故障后不同时刻的频率受扰范围,展示了实测频率时空分布特点;基于实测轨迹研究不同观测点频率轨迹初始频降时刻的延迟时间,分析了地理位置变化对频降最低点、频率变化率、频降斜率的影响程度,揭示了频率动态时空分布特性产生的原因。此外分析了频率动态时空分布特性对系统低频减载方案有效性的影响。研究结果表明,随着时间的推移,受扰动影响的范围逐渐扩大,频率动态轨迹的整体传播趋势和时空分布特点突出,不同地理位置观测点频率动态过程轨迹特征量的差别主要体现在初始频降时刻以及波动前的频降斜率。     

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。     

计及动态频率响应约束的高比例风电电力系统日前-日内联合调度策略

高比例风电电力系统具有转动惯量低、调频能力弱等特征,容易引发频率安全问题。现有计及频率安全约束的调度策略研究中,调频手段主要为惯性响应与一次调频,鲜见在单机故障等大功率扰动下考虑系统旋转备用与紧急功率支撑的动态响应作用。对此,在日前-日内联合调度模型中引入预想小功率扰动及大功率扰动下的系统动态频率响应约束。首先,分别构建两种预想功率扰动下的系统动态频率响应模型,采用阶梯备用等方法进行模型降阶,并进一步推导两种模型下的频率指标解析式。其次,提出计及动态频率响应约束的日前-日内联合调度架构,并分别构建日前及日内调度模型。进而,针对调度模型中最大频差约束导致的非线性问题,采用两阶段迭代方法求解。最后,开展算例分析,结果表明,所提联合调度策略能够兼顾系统运行经济性要求与频率安全性要求。     

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。     

考虑频率偏移传播速度各向异性的扰动信息辨识

讨论了基于观测空间的频率偏移传播速度及其计算方法,分析了扰动信息辨识的数学模型的特点,提出一种考虑频率偏移传播速度各向异性的分区扰动辨识方法.该方法将目标电网按地理分区,通过数值仿真提取不同分区的动态频率响应特征,形成目标电网的动态频率响应特征数据库;针对扰动激发的广域动态频率信息,在各分区内进行并行扰动信息辨识,再对结果进行综合得到最终辨识结果.以某电网为例,分析了并行处理的加速比特性,并验证了所提出的分区辨识方法的有效性.     

虚拟负荷法及其在配电网络动态优化中的应用

本文提出考虑负荷变化的电力系统动态优化的有效算法──虚拟负荷法。该算法根据最优网损曲线的变化，将时空分布的动态优化问题按时间分段等值为几个空间分布的静态优化问题，大大简化了计算，提高了算法的灵活性。该算法已成功地用于配电网络重构和电容器投切的动态优化中。     

电网频率的非正态概率分布特性

用随机信号分析的方法研究具有正态分布的随机信号通过几种非线性环节后的概率分布特性,从而对电网中非线性环节对电网频率概率分布的影响进行研究。结果表明电网频率概率分布在调频死区的影响下会呈现双峰现象,在限荷机组及加减机组出力速率、供需平衡的影响下出现偏态分布等。并指出若考虑这些非线性因素的影响,现有的基于电网频率为正态分布基础上制定的相应指标能够更加完善。     

实际电网频率概率分布特性演变及成因分析

基于某区域电网海量频率实测数据,分析了不同年份、联网和孤网方式下频率的概率分布特性及其成因。该电网和相邻区域电网联网方式下,频率概率分布从边缘陡峭的带状分布逐渐变为双峰分布,原因是系统功率不平衡量的标准差不断增大,导致频率波动变大,机组一次调频频繁动作将频率偏差概率密度函数在死区以外的部分堆积到死区附近,形成双峰。孤网方式下,电网频率概率分布均呈现出明显的双峰分布,原因是网络规模减小导致频率波动变大,同样使得机组一次调频频繁动作。电网进一步优化频率控制工作的重点是加强超短期预测和日内计划平衡,减小系统功率不平衡量。     

配电网无功补偿的动态优化算法

配电网无功补偿动态优化的目的是在考虑负荷变化和电容器操作次数约束的条件下,求得各节点电容器的最优动作时间和投入容量。该文将动态优化问题描述为变约束优化问题,并提出一种求解算法。算法先将动态优化问题分解为一系列单节点电容器动态优化子问题,然后通过迭代求解一系列子问题的方式得到整个动态优化问题的最优解。由于给出的单节点电容器动态优化子问题的求解算法可以在变约束条件下搜索到子问题的最优解,而且在迭代求解过程中电容器的投入容量和动作时问都可以得到修正,因此使整个动态优化问题能得到更好的优化结果。算例表明,提出的算法是可行和有效的。     

动态无功补偿装置在配电系统中的应用

结合配电系统无功补偿方式的特点,简要介绍了几种目前国内供配电系统常用的动态无功补偿装置的基本原理,总结了各种动态无功补偿装置的性能,并对各种装置进行了分析和比较。结果表明,STATCOM在配电系统中的应用越来越广泛。     

基于动态频率积分的低频减载方案研究

低频减载被广泛应用于现代电力系统中,是一种在功率缺额情况下阻止频率崩溃和修复频率稳定性的有效措施.针对目前电网制定的低频减载方案中每轮减载量固定不变而导致的负荷过切或欠切现象进行研究,提出了一种基于动态频率积分的低频减载设计方案,该方案充分考虑了不同功率缺额对频率下降的影响,能够根据不同缺额自适应调整每轮切负荷量.对方案的原理进行了详细的介绍,并且采用多机系统进行仿真.仿真结果表明新的低频减载方案比传统的方案具有更高的准确性.     

系统负荷频率特性对电网频率稳定性的影响

分析了电力系统负荷模型对电网频率稳定性的影响,以2009年华中电网一次调频及国内某电网机组跳闸实测数据为依据,对实验结果和仿真结果进行了对比研究。通过调整负荷频率系数,验证了负荷模型及其拟合参数的正确性和有效性。通过仿真证明目前国内频率稳定计算时采用的负荷频率系数偏保守。     

计及频率变化的异步迭代分布式动态潮流

为便于分布式调度员培训仿真系统（DTS）中分布式潮流算法的应用,提出了一种计及频率变化的基于异步迭代的分布式动态潮流算法。该算法将互联系统采用协调层一子系统、发电机单元一网络单元2个不同层次的模型来表示。在上级调度中心建立协调层,由发电机单元实现频率变化时电网不平衡功率在各子系统发电机节点和负荷节点之间的分配,并进行频率仿真;在网络单元采用基于异步迭代模式的分布式算法进行全网的分布式潮流计算,通过网络单元与发电机单元之间的交替求解,求得全网频率变化仿真与潮流分布。以IEEE118节点扩展系统为例,对所提出算法进行验证,结果表明该算法能够准确地仿真分布式系统的频率变化并求解全网潮流分布。