新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述

在“双碳”战略目标下,我国将构建高比例新能源电力系统。高比例新能源电力系统的转动惯量和调频容量降低、故障冲击功率提升,使大电网暂态频率稳定受到威胁。当前的调频控制方法及其所依赖的分析模型难以很好地适用于高比例新能源电力系统。为适应暂态频率稳定要求,需探索新的调频控制方法。为了更好地理解高比例新能源电力系统的暂态频率稳定问题,准备调频应对策略,对暂态频率稳定分析与调频控制方法的研究现状进行综述和展望。首先,归纳现有暂态频率分析模型,然后从系统和厂站2个层面梳理了调频控制方法的研究现状,从分析基础出发归纳不同调频控制方法的适用特性。最后,总结了高比例新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制的特征变化及其影响,并对未来可能的发展思路进行展望。     

考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法

随着新能源渗透率逐步提高,系统在大功率扰动下的频率稳定问题日益严峻,限制了系统新能源的消纳能力。为了合理规划新能源的接入容量,亟需对系统的最小惯量和一次调频容量进行评估。为此,针对大功率扰动下惯量响应与一次调频响应间的相互作用进行了研究。首先,以传统单机模型为基础,推导出了计及调频死区的频率响应过程表达式。然后,以扰动后的最低频率限值为动态频率稳定约束条件,建立了系统最小惯量与一次调频容量评估模型,估算了系统最小功频静态特性系数和最小惯性时间常数,计算并绘制了惯量响应和一次调频响应的功率曲线。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中搭建了IEEE 10机39节点模型,验证了所提最小惯量与一次调频容量评估方法的准确性和研究价值。     

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...     

低惯量电力系统频率稳定分析与控制研究综述及展望

大容量直流和高比例新能源接入下,越来越多的电力系统正逐渐演变为低惯量电力系统。低惯量电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,致使频率稳定问题日益凸显。为更好地理解电力系统在低惯量运行场景下的频率稳定威胁以及为有效制定应对策略提供参考,对低惯量电力系统频率稳定分析与控制领域的国内外研究进展进行综述与展望。首先,分析低惯量运行场景产生的主要原因及其对频率稳定的潜在影响,并介绍近年来实际电网频率问题的典型案例。进而,对基于时域仿真、数学解析、数据驱动的各类频率稳定分析方法进行阐述。从“源、网、荷、储”多类型有功资源调频能力挖掘、多道防线加强与协调配合等角度给出改善低惯量电力系统频率稳定的控制措施。最后,展望了该领域未来需深入探索的研究方向。     

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.     

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。     

跟网型新能源附加频率控制对频率稳定及小扰动同步稳定影响分析综述EI北大核心CSCD

大规模新能源并网导致系统惯量降低,对新能源调频能力提出需求,新能源附加频率控制在为电网提供频率支撑的同时,也可能对系统的稳定运行带来挑战。该文从新能源电力系统稳定分类出发,聚焦频率稳定与小扰动同步稳定性问题,归纳总结低频段频率振荡、同步机功角振荡、锁相环相角振荡及振荡耦合的特征、机理、模型及影响因素。在此基础上,分析了新能源调频特性,深入探讨了附加惯性控制、一次调频控制以及调频响应延时参数等对几类振荡问题的影响机理与趋势,以系统性认识跟网型新能源附加频率控制与同步机机电动态及变流器不同控制环节的交互影响作用。最后,对相关技术方向进行展望,希望能够为新能源参与调频相关参数设计及高比例新能源系统稳定运行提供参考和支撑。     

含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,而现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元(phasor measurement unit, PMU)获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归(controlled autoregressive, CAR)模型以及含有遗忘因子的递推最小二乘(time-varying forgetting factor recursive least squares, TFF-RLS)算法对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE-10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。     

满足频率稳定约束的新能源电力系统惯量评估与新能源最大渗透率研究

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”的技术路径之一。由于新能源出力具有较强的波动性与间歇性,且新能源大量替代同步机后,将导致电力系统惯量水平下降,恶化系统频率响应特性,削弱系统抵御功率差额的能力。本文研究了新型电力系统频率稳定问题机理,分析了高渗透率下新能源电力系统动态频率响应特性与系统惯量之间的关系,并以云南“十四五”及中长期构建以新能源为主体的新型电力系统为例,测算了新能源高占比情况下的电力系统惯量变化趋势及新能源最大渗透率。     

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。     

考虑频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量计算方法

针对新能源并网的弱惯量、零惯量特征对电力系统频率稳定的影响,提出一种计及频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量的估算方法。首先,建立系统频率动态响应数学模型,求解惯量中心频率时域表达式。然后,基于频率响应模型求解并分析系统惯量与相关频率稳定性指标的关系,进而计及频率变化率和频率最大偏差约束估算系统临界惯量理论值和计算值。最后,基于临界惯量提出一项电力系统频率稳定性指标,来评估功率扰动后的电力系统频率稳定性,并结合电力系统实际运行惯量得出新能源虚拟惯量参考值。在DIgSILENT PowerFactory中以改进的IEEE 10机39节点新英格兰系统和某区域电网仿真算例对所提计算方法进行仿真验证。     

电力系统频率稳定装置

与主系统解列后的电网，由于功率不平衡，造成该电网频率和电压波动，影响电网稳定运行。针对潘家口电厂对该地区电网影响的实际情况而研制的频率稳定装置可以解决该电网稳定问题。文章介绍和分析了该装置的设计原理，特点以及实现的方法。     

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...     

基于新能源出力比例的大规模系统惯量估计

在构建新型电力系统时,提高新能源出力比例,将降低系统惯量。为保证系统频率的安全稳定,需要根据新能源出力比例估计系统惯量,用以指导新能源装机规划及开机方式安排。梳理了常用惯量指标,选取了系统总动能作为描述系统惯量的估计指标。针对实际特定系统,根据典型量测数据给出了提高新能源出力比例后的惯量估计方法;针对没有量测数据的大规模新能源规划系统,用新能源出力比例来推断同步机的开机容量范围,综合考虑同步惯量和虚拟惯量,提出大规模系统的惯量评估关键参数及其统计方法,建立了系统惯量范围的估计模型。最后,基于某省级电网建立了不同新能源高出力比例模型,并对出力比例、惯量、频率之间的关系进行了分析研究,验证了有效性。     

电网频率校正控制方法在高比例新能源电网的适应性

新能源出力由自然禀赋决定,在电力平衡约束下的高比例新能源电网运行方式调整范围逐渐增加,传统固定策略的频率校正控制方法失配风险不断提高。建立典型系统,给出了研究频率校正控制的电网运行场景域描述方法,计算了频率校正控制系统任一轮次适应的电网运行场景域。提出将控制量可整定的范围作为评价任一轮次适应性的指标,使用多个轮次的最小可整定范围评价频率校正控制系统的适应性。利用实际电网参数建立分析模型,计算频率校正控制系统适应的极限新能源接入比例。传统频率校正控制方法难以适应新能源比例高的场景,亟需新型控制方法。     

电力系统频率稳定分析的直接法

根据最近一次潮流计算的雅可比矩阵,提出了频率稳定分析的直接法,该方法不需进行逐步积分,能够一步计算出最近一次系统操作后的稳态频率,从而判断系统频率稳定性。本文在某６８节点系统上进行了仿真计算,对所提出的算法的精度和计算速度进行了校验,取得了满意的结果。     

计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求分析

随着新能源渗透率的提高,电力系统惯量水平逐步下降,频率稳定问题日益突出。为保障系统安全稳定运行,新能源机组应提供惯量支撑,该文提出计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求的分析方法。首先,从频率稳定角度阐述了对新能源机组提出惯量需求的重要意义;其次,明确新能源机组惯量的定义和计算方法;然后,构建反映时空分布特性的电力系统频率响应模型;再而,提出新能源机组惯量需求的分析方法及流程;最后,基于算例系统验证惯量需求分析方法的有效性。     

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。     

电力系统频率稳定分析的直接法

根据最近一次潮流计算的雅可比矩阵，提出了频率稳定分析的直接法，该方法不需进行逐步积分，能够一步计算出最近一次系统操作后的稳态频率，从而判断系统频率稳定性。本文在某６８ 节点系统上进行了仿真计算，对所提出的算法的精度和计算速度进行了校验，取得了满意的结果。