基于断面信息的多区域互联系统频率响应模型参数估计方法

针对计及新能源惯量和频率支撑的多区域互联系统等效频率响应模型的参数估计问题,该文提出了一种基于联络线断面信息的简单方法,用以估计各区域等值机组与新能源场站的频率响应特性。首先基于区域内新能源场站至并网点联络线的断面有功功率与频率信息,估计区域内新能源场站虚拟惯量与有功-频率下垂系数。在此基础上,基于区域间联络线断面在惯量响应和一次调频时间尺度上的频率与传输有功功率数据,估计区域等值机组惯量与一次调频参数。然后结合各区域参数估计结果,构建完整系统频率响应模型。最后通过在PSCAD/EMTDC中搭建标准IEEE 5区68节点算例验证了所提频率响应模型及其参数估计方法的有效性。此外,在含50k W的柴油发电机和50k W基于虚拟同步控制技术的储能变流器的实际微电网系统中,进一步验证了所提估计方法的有效性。     

考虑频率动态响应实时分区的电力系统惯量在线评估方法

大规模新能源接入电力系统导致系统惯量水平降低,利用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)在线评估系统惯量水平具有重要意义,考虑到电力系统频率动态响应具有分区特性,以区域为单位开展在线惯量评估具备可行性。频率响应分区情况不仅与电网拓扑和参数有关,还与系统运行点、扰动类型和位置有关,固定的分区方案难以保证分区结果满足系统各种运行工况,同时,在实时分区场景下,对惯量参数辨识算法的快速性也提出了更高的要求。分析了电力系统区域惯量在线评估原理,阐明了频率动态响应实时分区的要求;随后,提出了频率动态实时分区方法,采用动态时间弯曲指标和k-medoids算法对全网节点频率响应实测曲线在线聚类,给出了基于卡尔曼滤波的区域惯量参数辨识算法,保证惯量参数计算满足实时性要求,进一步分析了各类误差源对系统分区和惯量参数辨识结果的影响;最后,在IEEE 39节点系统验证了所提方法的有效性、惯量实时跟踪能力和对不同运行场景的适应性。提出的电力系统区域惯量在线评估方法利用PMU实测频率响应实时更新电力系统分区情况,保证在各种运行点和扰动下区域频率响应的一致性,具备现场应用潜力。     

考虑频率响应分散性及系统分区的含风电系统等效惯量估计

随着电力系统中新能源机组渗透率的快速提高,系统惯量水平下降将威胁系统频率稳定性,惯量的空间分布特征也将更加凸显,频率响应的分散性将不能被忽略。针对以上问题,提出一种考虑频率响应分散性及系统分区的含风电电力系统等效惯量估计方法。首先,为降低频率响应分散性对估计精度的影响,基于谱聚类算法对电力系统进行分区,并基于皮尔逊相关系数定义频率相似度指标确定区域频率的最优测量节点。其次,由于测量所得的频率变化率(rate of change of frequency, RoCoF)曲线中包含大量的振荡分量,提出一种基于摇摆方程的数值积分方法估计区域及系统全局惯量。最后,在DIgSILENT/PowerFactory中建立改进IEEE10机39节点系统以验证所提方法的有效性。仿真结果表明,该方法适用于不同场景下含风电系统的等效惯量估计。     

基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法

大规模新能源通过电力电子设备并入电网,影响电力系统的动态运行特性。惯量是反映电网抗频率扰动能力的重要特性指标。基于机电扰动传播特性建立数学模型,通过分析扰动传播速度与惯量之间的映射关系,提出了电网母线节点的惯量分布辨识方法,实现对电网不同节点的频率抗扰动能力的在线评估。基于惯量分布结果,进一步评估了新能源接入对电力系统惯量特性的影响。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所提惯量分布辨识方法的有效性,分析了新能源接入对电网惯量分布的影响。     

考虑频率稳定性的新能源电力系统惯量水平多区间评价方法

随着大量新能源机组取代同步发电机接入电网,系统惯量水平的下降将威胁系统频率稳定,但基于频率稳定评价系统实际惯量水平与充裕度的方法仍相对较少。本文通过量化分析惯量与频率动态响应的关系,提出一种新能源电力系统的惯量分区评价方法。首先,基于新能源电力系统频率响应模型求解,并借助提出的惯量灵敏度指标分析惯量对相关频率安全指标的影响。然后,依据频率稳定约束与综合惯量灵敏度指标确定区间边界,构建惯量危险区、惯量敏感区和惯量饱和区三类惯量水平区间,并分析潜在最大扰动功率及调频能力对区间边界的影响。进而,提出惯量安全性系数与充裕度系数评价系统当前惯量的水平高低。最后,在DIgSILENT中建立IEEE10机39节点标准系统,仿真验证了所提系统惯量分区评价方法的有效性与可行性。     

考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化

高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性,使各节点的频率动态异质化明显,导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能,提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先,基于分频器理论,构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次,为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响,提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后,考虑频率空间分布特性,以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标,建立虚拟惯量配置优化模型。最后,通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。     

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。     

考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估

新能源高占比系统带来的低惯量问题已严重影响大扰动下系统频率稳定性,频率各项指标愈发接近安全域边界。为量化系统频率响应能力,明晰系统运行边界,该文在分析系统惯量需求必要性基础上,提出考虑频率变化率(rateof change of frequency,RoCoF)及频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法。在RoCoF约束方面,将静态负荷电压特性引入评估模型,并根据扰动瞬间功率分配机理对大电网动态频率空间分布特征进行量化;在频率最低点约束方面,通过建立含多类型调频资源的系统频率响应模型进行最小惯量评估。根据所提方法,给出考虑我国电网运行特性及稳定性要求的送、受端系统最小惯量评估方法。根据不同频率约束下的惯量不足,给出可行应对措施,并分析各项措施与最小惯量关系,包括直接增大系统惯量、电力电子电源快速调频、降低扰动功率和放宽频率约束等。最后,采用改动的WSCC 3机9节点系统和大电网系统,验证方法有效性和准确性,为保障系统稳定运行及运行方式安排提供理论支撑。     

计及风速不确定性及相关性的风电场分区虚拟惯量估计

随着以新能源为主体的新型电力系统建设持续推进,风电在全国各个区域电网的渗透率将高速提升。然而大规模风电场无法提供转动惯量支撑,引入虚拟惯量控制后亦缺少能够分区且精确的虚拟惯量评估方法。考虑了风场内风速的随机性及相关性,提出了基于Copula函数及聚类算法的风电场分区虚拟惯量估计方法。首先,考虑风速的尾流及时延效应,建立场内各风机风速的概率分布模型。其次,根据各风机的风速分布特性,采用双尺度谱聚类算法对场内风机进行聚类分区。然后,选取各区中心机组,构建最优Copula函数描述各分区间的风速相关性。最后,基于风电场机组分布和风速数据估计风电场内各分区的虚拟惯量储备。根据甘肃某风场的实际风速及出力数据构建仿真算例,仿真结果表明所提算法能有效实现风电场虚拟惯量的特征提取、聚类分区、惯量估计。     

计及异步电机频率响应的电力系统最低惯量评估

随着大规模新能源等电力电子器件的并网,电力系统惯量水平逐渐降低,系统转动惯量需求产生新的变化,负荷侧频率支撑能力显得愈发重要。针对这一问题,系统分析了异步电机的频率响应特性。基于小信号分析法提出一种机电暂态下异步电机建模方法,构建计及异步电机频率响应的电力系统频率响应模型。在深入分析新型电力系统惯量特性的基础上,考虑系统最大频率变化率、最大频率偏差以及备用容量限制等频率安全约束,构建了电力系统最低惯量评估模型并通过遗传算法进行求解。最后,在Matlab和PSASP平台上进行算例仿真和分析,验证了所提异步电机频率响应模型以及最低惯量评估结果的正确性和有效性。     

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.     

基于多分区时序生产模拟的省级电网差异化储能规划方法

随着新型电力系统的构建,新能源大规模开发会造成严重的电力系统新能源消纳能力不足和电力电量平衡问题,配置合理规模的储能可显著缓解该压力。基于自主研发的含网架约束以及分区联络线交易约束的时序生产模拟软件,研究了考虑多分区考核目标差异的省级电网储能规划方法。首先,介绍了时序生产模拟软件的算法框架,然后,基于该软件,在考虑分区考核目标差异和分区联络线交易约束的前提下,提出了以储能投资成本最小为目标函数的各分区储能容量配置优化方法。最后,针对西北某高比例新能源接入的省级电网规划场景进行算列分析和敏感性分析,验证了所提方法的合理性和实用性。     

基于解析法的高比例可再生能源系统惯量支撑储能配置

高比例可再生能源系统需要适宜的储能平抑其不确定性,但现有储能配置方法大多依赖于离线或仿真计算技术,计算成本较高、效率低,难以满足复杂多变新型电力系统实时调度的需求。针对这一问题,提出了一种新型的基于解析法的系统惯量支撑储能配置方法。建立了系统等效负荷概率分布模型用于求解传统机组期望发电量及同步概率,同时建立了以风电场为代表的可再生能源同步概率模型,实现了可再生能源和传统发电机组对系统惯量不确定性影响的充分表征,在此基础上求解了系统期望惯量;根据RoCoF约束求解需求惯量,并根据系统惯量的缺失值设计实现了储能功率配置,在保证系统RoCoF指标的基础上提升了计算效能。在IEEE 39节点系统中对所提方法进行了验证,结果表明了所提方法的有效性。     

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。     

光伏减载驱动新能源同步机参与电力系统调频的研究

大规模新能源发电并网降低了系统惯性和一次调频能力。新能源同步机(MGP)可以提供无延时的、真实的旋转惯量。介绍了新能源经MGP并网的系统结构和惯量水平,计算了MGP对初始频率变化率(ROCOF)的抑制作用。然后基于光伏(PV)驱动MGP并网的直流电压反馈控制策略,提出了一种定减载率控制算法,并引入频率反馈环,形成PV调用有功储备驱动MGP参与电力系统调频的综合控制策略。通过3机9节点仿真系统对减载控制算法进行验证,并进一步对比了源、网两端功率波动下PV采用不同方式并网参与系统一次调频的效果。结果表明,在综合控制策略下PV经MGP并网能为系统提供更强的频率支撑。     

大规模可再生能源接入背景下自动发电控制研究现状与展望

大规模可再生能源接入将导致注入功率的扰动增大而抑制频率变化的转动惯量减小,给电力系统自动发电控制带来新的问题和挑战。引入新型调频资源和应用先进控制方法是提升频率调节质量和效率的重要手段。首先,分析总结了大规模可再生能源接入对电力系统频率响应性能和调频需求两方面的影响。然后,从新型调频资源参与自动发电控制的可行性、经济性、有效性及控制策略等多个角度,综述了新型调频资源参与自动发电控制的关键问题和研究动态。归纳并讨论了几类先进控制技术应用于自动发电控制中的研究现状和应用前景。最后,对大规模可再生能源接入条件下自动发电控制的研究挑战和方向进行了总结和展望。     

面向指数积分方法的电磁暂态仿真GPU并行算法

为满足对大规模可再生能源接入的电力系统进行快速电磁暂态仿真的需求,提出了一种面向指数积分方法的电力系统电磁暂态仿真图形处理器(GPU)并行算法。首先,分析了矩阵指数积分算法求解过程所具有的高度数据并行性,进而将该特性与GPU计算资源相结合;利用GPU处理指数积分方法求解时所需的大规模矩阵运算,而将较为复杂的系统状态判别与更新保留在CPU中完成,有效提升了仿真计算速度。最后,分别针对17台和100台风机的风电场算例进行了测试,验证了所提并行算法的正确性和有效性,同时也说明了算法的加速效果会随着系统规模的增加而愈发明显。     

基于有功不平衡指标的储能快速调频方法

因主流变速风电机组有功控制一般不主动参与频率调节,大规模风电并网对电力系统快速调频提出了挑战。储能系统具备有功功率快速响应优势,可改善系统动态频率响应特性,该文提出了一种基于有功不平衡指标的储能快速调频方法。首先,定义了在频率跌落阶段和恢复阶段系统有功不平衡指标。其次,设计了自适应模糊逻辑控制策略,依据系统有功不平衡指标和频率偏差动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。最后,通过算例分析验证了所提出的储能快速调频控制方法的有效性,与常规比例微分（proportional differential,PD）控制方法相比,可减少储能系统容量需求,且对不同工况具有较好的灵活性和适应性。