计及AGC的含风电电力系统频域建模及参数分析

风电功率激励下系统的频率响应特性不仅与风电接入量有关,还受风电接入位置、AGC控制单元和系统参数等因素的影响。为了研究影响频率质量的关键因素,本文建立了一种考虑发电机、调速器、调频器和负荷特性以及系统网络结构的含风电电力系统频率响应的频域分析模型,并推导了计及AGC的电力系统频率响应的传递函数。在IEEE 10机39节点系统上,利用传递函数的幅频特性曲线,分析了风电接入点、AGC控制单元和系统参数变化对动态频率响应特性的影响。最后,利用本文提出的模型,结合实测风电功率数据仿真分析了AGC对系统频率质量的影响。     

适用于高风电渗透率电力系统的火电机组一次调频策略

大规模随机波动的风电功率接入电力系统将引起系统频率偏差增大,从而对电力系统的频率响应能力提出了更高要求。该文基于实测数据研究了风电功率的频率特性,分析了不同频段内的风电功率波动对电力系统调频的影响。在一次调频时间尺度下,分析了调差系数取值对一次调频控制系统稳定性的影响,并基于分频原理提出火电机组动态一次调频控制策略。该策略通过在不同频段内设置不同的火电机组调差系数,提高了火电机组的一次调频能力。将该策略应用于两区域电力系统,结合实测风电场功率波动数据进行了算例仿真,仿真结果表明利用该策略能有效减少风电功率波动对系统频率稳定的影响。     

大规模风电并网下的抽水蓄能机组调频控制研究

大规模风电接入对电力系统的频率造成影响。抽水蓄能机组由于其出力响应迅速、调节灵活等特性,在风电功率波动的调节中具有重要作用。该文针对短时风电功率波动对电力系统造成的频率扰动问题,提出抽水蓄能机组频率调节的鲁棒控制策略。通过建立电力系统整体状态方程,并考虑风电功率波动特性和抽水蓄能电站动态特性,采用基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的H∞鲁棒控制算法,对抽水蓄能机组一次调频控制方程进行求解。利用IEEE39节点系统进行仿真验证,结果表明提出的鲁棒控制策略能有效地减小风电功率波动造成的系统频率偏差,提高了抽水蓄能机组对短时风电功率波动的调节响应性能。     

基于奇异值分解的含风电电力系统强迫振荡分析

随着大规模风电接入电网,由于风剪切和塔影效应引起的风电功率3p频率周期性波动,可能会导致电力系统发生强迫振荡,严重威胁系统的稳定运行。风电接入点的不同,会使系统发生强迫振荡时的频率响应不一样。为分析不同观测节点的频率响应与功率扰动接入位置的关系,建立考虑发电机、原动机及其调速器和负荷特性以及网络结构的含风电电力系统小扰动复频域模型。在此基础上,利用奇异值分解方法求解系统传递函数矩阵的左、右奇异向量,并以此来分析强迫振荡分量在节点间的分布情况和功率扰动接入位置对系统发生强迫振荡时节点稳态频率响应的影响程度。通过与复模态方法的对比,验证了奇异值分解方法的正确性和有效性。最后,将奇异值分解的结果应用于IEEE 10机39节点系统,分析风电3p频率波动对系统频率响应的影响,表明了合理选择风电接入点的重要性。     

火电厂给水系统功频约束对电力系统频率特性的影响

精细的系统频率响应模型是准确分析电力系统频率特性的基础,现有的频率响应模型未考虑大频率偏移下火电厂给水系统功频特性及其约束对系统频率特性的影响,难以准确分析严重频率偏移下的电力系统频率特性。给水系统出力变化影响机组出力,对机组的安全稳定运行起着重要作用。首先,分析了给水系统的功频特性;然后,建立了考虑给水系统的频率响应扩展模型,在更大频率偏移范围内分析了给水系统功频约束对机组静态功频特性的影响,发现机组出力随频率降低先增加后减小;最后,基于PSS/E开发了扩展频率动态仿真分析工具,并通过39节点算例分析了不同扰动下给水系统功频约束对电力系统静态功频特性和频率响应特性的影响。     

一种评估大规模风电功率脱落对电力系统频率影响的分析方法

大规模并网风电功率的波动会引起系统频率波动甚至导致系统频率动态越限,危及电网的安全运行,而风电单机容量小、随机波动性强等特点,使得基于阶跃扰动的传统频率动态分析方法不再适用.本文提出一种基于风电功率波动特性以及系统频率响应特性的评估方法,可用于分析风电功率波动极端方式——大规模风电功率脱落对电力系统频率动态的影响程度.基于实际电网风电运行实例,分析了并网点受扰后风电机群脱网造成的风电功率脱落引起的系统频率动态过程,并评估了典型运行方式下满足系统容许频差约束的最大风电功率脱落值.     

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HHT的风电功率波动及其对电力系统低频振荡的影响分析

随着风电的快速发展,其规模化接入会对系统的低频振荡带来较大的影响,采用希尔伯特-黄变换法(HilbertHuang transform,HHT)分析风电功率波动及其对电力系统低频振荡的影响。将风电功率进行经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD),采用HHT变换和曲线拟合,进而得到不同振荡模态的阻尼比,以此作为低频振荡的判断依据。以WSCC 3机9节点系统模型为例,对比分析同幅值不同频率和同频率不同幅值的标准正弦风电功率波动对系统低频振荡的影响。针对实际风电功率,根据波动率和能量密度可知功率的波动集中于中频段(0.01~1 Hz),因而对系统低频振荡的影响更为严重,对风电功率波动的平抑成为必要。     

电力系统频率动态的机理分析及仿真研究

提出一种基于直流潮流的电力系统中频率响应的解析方法.首先,基于建模的基本假设,对系统中各元件模型进行线性化处理,给出推导过程,建立了电力系统的频率动态分析数学模型.根据推导出的频率动态数学模型,通过编程得到 N 节点电力系统频率动态仿真程序,并根据 NewEngland10机39节点标准测试系统数据,仿真分析了不同因素影响下,频率动态的不同变化过程.结果表明,该模型能快速和准确反映电网中频率变化的动态过程和发电 机的惯性效应。     

电力系统频率动态的机理分析及仿真研究

提出一种基于直流潮流的电力系统中频率响应的解析方法。首先,基于建模的基本假设,对系统中各元件模型进行线性化处理,给出推导过程,建立了电力系统的频率动态分析数学模型。根据推导出的频率动态数学模型,通过编程得到N节点电力系统频率动态仿真程序,并根据New England 10机39节点标准测试系统数据,仿真分析了不同因素影响下,频率动态的不同变化过程。结果表明,该模型能快速和准确反映电网中频率变化的动态过程和发电机的惯性效应。     

风电场一次调频分层协调控制研究与应用

大规模并网风电场参与一次调频是电网为保证自身安全做出的必然选择,有功响应的快速性和稳定性是风电场需要解决的关键问题。提出一种基于分层架构的风电场参与电网一次调频的控制策略。在风电机组控制层,提出了一种改进的带惯量补偿的有功控制策略,提高一次调频的响应速度。在风电场控制层通过改进的惯量响应协调控制和功率备用控制策略,避免电网频率出现波动,并满足不同风况下备用功率的要求。基于Matlab/Simulink建立了含风电场的电力系统仿真模型,仿真结果表明风电场具备全工况条件下参与电网一次频率调整的能力。最后在某49.5 MW风电场现场验证了所提控制策略的有效性。     

基于矢量裕度法的风电并网对低频振荡模式影响分析

近年来可再生能源发电装机容量的持续性增长给电力系统稳定性带来新的问题。文中提出一种基于频率响应矩阵计算风电并网对电力系统低频振荡模式影响的方法。分析结果表明,同步电网和风电机组系统频率响应矩阵部分元素的相位之和,决定了系统不同接入点风电对低频振荡模式的影响。相较于传统的分析方法,矢量裕度法不需求取特征向量和留数,只需得到低频振荡模式和风电机组系统与同步电网系统的传递函数矩阵,且过程简单,结果直观。当多台风电机组同时并入系统时,可在二维复平面将各台机组分别产生的影响图示化。分析结果的有效性通过内蒙古电网算例得到验证。     

基于Pair Copula的多维风电功率相关性分析及建模

大规模风电场的接入使风电相关性更加复杂,合理描述多风电场出力的随机性和相关性特性,对准确分析风电对电力系统运行的影响具有重要意义。现有的Copula等方法能较准确描述二元相关性,但对于更高维模型的相关性描述则不够准确。基于此,提出了基于C藤Pair Copula的风电功率高维相关性模型,以及相应的采样方法。Pair Copula能够描述风电功率两两之间不同的相关性结构,从而能较好描述复杂的多维相关性,且建模步骤简单,使用灵活,适用范围广。对澳大利亚多个风电场出力样本进行分析和建模,验证了所提方法的优越性。最后通过IEEE 118节点系统的概率潮流算例,说明了合理刻画风电功率相关性可以更准确地分析含风电接入的电力系统运行特性。     

考虑相关性的广义负荷联合概率建模及应用

大规模风电并网带来广义负荷节点功率流向不确定性问题,对广义负荷建模提出新的要求。如何全面考虑随机变量所具有的波动性以及地域的相关性特点,准确进行广义负荷建模,成为亟待解决的问题。为此,提出一种带有概率标识的计及节点空间地域相关性的节点特性建模学习方法。首先,将与各风电场相连的根母线节点据其各自的功率流向,分为电源特性与负荷特性;其次,对各根母线节点分别依照有功功率进行区间细化,统计其概率信息。针对节点地域的相关性,采用空间相关性方法计算相邻节点功率区间内相关特征参数并纳入节点的特性学习中,采用径向基函数(RBF)神经网络学习训练并提取区间集的节点特性;以风险分析为例验证所提方法的有效性和实用性。仿真结果表明,通过将节点空间相关性纳入广义负荷建模范畴,建模因素更为全面并细化了整个系统空间形成风险场景集,风险分析结果指出系统高风险场景,为系统决策提供参考依据。     

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。     

基于状态空间模型与PEM迭代算法的电力系统惯量辨识

惯量是保障电力系统频率安全稳定的重要参数之一,因此需对其进行精确的在线测量。针对当前采用的系统辨识方法测量精度不高的问题,研究系统辨识中算法模型的选择对测量结果的影响。首先,分析比较现有的传递函数模型、自回归滑动平均模型以及子空间辨识模型进行惯量辨识的测量原理。其次,从惯量响应初期阶段数据匹配的角度,提出基于PEM迭代算法的状态空间估计模型。最后,搭建10机39节点电力仿真系统,验证了所提辨识模型的正确性。并在不同功率扰动程度以及不同采样时间窗口下,分析4种辨识模型的适用性,为确定系统最优辨识模型提供参考依据。     

考虑频率约束及风电机组调频的风电穿透功率极限计算

随着风电渗透率持续增加以及虚拟惯性/一次调频控制技术逐步推广应用,准确计算风电穿透功率极限对于确保电网安全稳定运行和指导风电并网规划建设具有重要意义。为此,文中定量表征了风电场虚拟惯性响应特性,并采用传递函数模型表示风电场一次调频响应特性,进而建立了包含风电场、同步发电机组调频控制的电网等值转子摇摆方程,用于描述电力系统频率响应特性。在此基础上,以电网稳态频率偏差约束和频率变化率约束为边界条件,提出了风电穿透功率极限的解析求解方法。最后,通过IEEE 14节点系统算例验证了所提方法的精确性和有效性。     

考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的电力系统机组组合

随着风电渗透率上升,电力系统惯性响应和一次调频能力下降,频率安全问题凸显,有必要在机组日前发电计划安排中考虑频率安全约束。依据电力系统频率安全要求,提出了考虑频率跌落最低值的频率安全约束构造方法。同时引入风电综合惯性控制使风电机组参与一次调频,在此基础上建立了考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的机组组合模型。运用M语言动态控制多机频率响应模型进行Simulink仿真,并将其嵌入到改进粒子群优化算法中迭代求解。含风电的IEEE39节点系统算例结果表明,所提模型和方法能有效提升系统频率响应能力,保证系统安全运行。     

基于多智能体系统的分布式风储协同频率控制策略

随着风电渗透率逐渐提高,缺少传统调频资源的电网将面临频率安全稳定问题。因此提出一种基于多智能体系统的分布式风储协同频率控制策略。首先,各智能体利用平均一致性算法实现全局信息精确分享。然后,根据获得的全局信息,利用分布式经济性算法确定各台风电机组的最优减载率。当电网发生频率扰动时,各智能体通过分布式方法整定控制参数,控制相应风储设备协助同步发电机组参与惯量响应和一次调频。最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略能够保证电网频率满足动态响应指标。     

基于频域分离解调的复合信源无线电能与信号并行传输技术

提出了一种并联LC隔离型电场耦合式无线电能与信号并行传输电路拓扑。该拓扑依靠自身阻抗特性实现了绝大部分电能串扰的隔离。同时,该拓扑具有较宽的信道通频带宽,克服了目前已有电能与信号并行传输系统中信道通频带宽窄的问题。充分利用该带宽,以多路复合信源作为信道输入,采用快速傅里叶变换算法对信道输出信号进行频谱分析,在频域中实现了低频串扰与多路复合高频信号的分离和电能串扰频谱干扰下的多路复合信号解调,从而提升了信号传输速率与抗干扰能力。通过仿真与实验验证了该方法的正确性与有效性。