计及ROCOF与转子动能的风电机组自适应下垂控制策略

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性,但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。为此,文中提出一种计及频率变化率(rate of change of frequency, ROCOF)与转子动能的自适应下垂控制策略,充分利用转子动能参与调频,确保风机稳定运行。首先,根据系统频率情况,将ROCOF划分区间,通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数,确保风电机组在扰动初期释放更多能量,提高风机对频率的支撑能力,减缓频率跌落速度。然后,引入转速影响因子,根据风机自身运行状态调整下垂系数,防止风机转子失速,避免频率二次跌落。最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建风火联合系统仿真模型验证了所提控制策略有效性。仿真结果表明所提策略在保证风机转速稳定的同时,能有效利用风机转子动能改善系统频率响应特性。     

基于联盟链的电动汽车虚拟聚合调频

随着可再生能源发电比例不断提高,提高电力系统灵活调节能力、维持电力系统频率稳定是新型电力系统研究中的关键问题。电动汽车作为一种具有快速响应特性的灵活性资源,如何充分引导其参与调频是当前研究热点。现有研究多利用聚合商管理电动汽车集群参与调频辅助服务市场,但此模式对于电动汽车用户的数据隐私安全来说存在较高风险,第三方聚合商在调频交易中也与用户存在利益冲突,电网调度中心、聚合商、电动汽车用户三者之间存在地位不平等、信息不对称的问题,用户不依赖聚合商参与调频辅助服务市场的通道尚不存在。因此,文中给出虚拟聚合商定义,提出虚拟聚合调频框架,基于联盟链的共识机制、智能合约等技术实现电网调度中心和电动汽车所需的调频资源聚合、调频指令分解等服务。算例表明,所提虚拟聚合调频框架可在联盟链网络中实现去中心化的分布式调频优化,在收益分配方面更加公平合理,有利于激励电动汽车用户保持高响应水平,促进电动汽车灵活性资源利用。     

计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化

当电动汽车利用车网互动(V2G)技术参与电网一次调频时,其下垂控制特性会影响原负荷频率控制的调频性能。基于此,提出了一种计及电动汽车辅助调频的负荷频率控制联合优化方法。建立了含电动汽车的多区域多机组系统的负荷频率控制模型;在此基础上,针对电动汽车电池特性及二次调频出力的有效工作范围,考虑系统内机组的特性等,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为目标函数,建立了电动汽车辅助调频与传统机组二次调频的联合优化模型,并利用粒子群优化算法进行求解。在MATLAB/Simulink中针对阶跃负荷扰动及长时间随机负荷扰动的情况,对联合优化前、后系统的动态响应进行了对比分析。仿真结果表明:所提联合优化方法能有效地改善负荷频率控制的稳态响应速度、优化系统的调频性能,并且能够保证用户对电动汽车的用电需求。     

温控负荷参与快速频率调整的双层控制方法

为了解决高比例可再生能源电力系统中快速自动发电控制(automatic generation control,AGC)资源的稀缺化问题,提出一种温控负荷参与快速频率调整的双层控制方法。首先,在下层控制中,由社区集中器和聚合商对温控负荷逐级聚合,并采用基于市场机制的分布式控制方法,从而降低大规模温控负荷的控制成本;然后,在上层控制中,为了提高温控负荷集群的响应速度,提出由虚拟AGC机组对各聚合商进行分组协调控制的方案,推导虚拟AGC机组调节容量的估算方法。最后,基于美国PJM调频市场政策,通过仿真对不同温度条件下虚拟AGC机组的调节容量、用户舒适度、响应效果、可获收益等指标进行分析,并与现有的基于单一聚合商的方案进行比较。仿真结果表明,该方法能够有效提高虚拟AGC机组的响应性能和可获收益。     

电动汽车参与调频服务的云边融合分层调控技术研究EI北大核心CSCD

电动汽车(electric vehicle,EV)作为典型的可调控柔性负荷,具有为电网提供快速调频服务的潜能。但受EV分散接入、并网时间不确定、用户用能需求影响,调度机构难以直接利用其调控能力。为实现规模化EV协同参与电网频率控制,聚合商需要在响应时段前申报其调频能力,并在响应时段内快速响应接受到的调频指令。围绕上述实际问题,该文提出基于云边融合的规模化EV聚合参与电网调频服务的技术框架,明确各层级设备的分析功能要求及信息交互要求。基于市场流程和调度架构,提出规模化EV参与电网调频服务的调度控制方法。在全时段,充分考虑用户充电需求,实时滚动评估并分层聚合规模化EV调频能力;在响应时段前,基于长短期记忆网络(long short term memory network,LSTM)对EV集群调频能力进行预测,支撑聚合商进行市场申报;在响应时段内,对EV调频能力评估结果进行及时修正,并依据修正后的EV调频能力对调频指令进行逐层快速分解。最后,通过仿真分析验证所提方法的可行性。     

考虑SOC的电池储能系统一次调频策略研究

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)以其控制精度高、响应速度快等优势被广泛应用于电网中。为充分发挥BESS参与电网一次调频的优势,提出一种基于荷电状态(State Of Charge,?SOC)与频率偏差的综合控制方法。首先,为了改善电池循环寿命,设计基于荷电状态SOC的下垂系数与虚拟惯性系数。引入基于频率偏差的加权系数将下垂出力与虚拟惯性出力相结合,在频率偏差较小时增加虚拟惯性出力权重以稳定频率,在频率偏差较大时增加下垂出力权重以快速调节频率偏差,并在频率偏差超过一定限度后进行故障穿越时的频率支撑,而当电网状态变好且SOC较低或较高时进行SOC恢复。其次,提出BESS参与电网一次调频的评价指标以定量评估所提策略的调频效果及SOC维持效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建BESS仿真模型,并在阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、瞬时性短路故障及光伏间歇性出力扰动工况下仿真验证所提策略的调频效果及SOC维持效果。仿真结果表明,所提策略能实现较好的调频效果并将SOC维持在合理区间内。研究成果为BESS成套设备生产厂家合理设计控制保护参数提供参考,对提升BESS涉网性能具有实际意义。     

考虑用户调节行为多样性的空调负荷聚合商日前调度策略

空调负荷作为重要的柔性负荷资源之一,通过负荷聚合商参与电网调控,对改善夏季电网的负荷特性具有重要意义。然而聚合商通过分组控制方式无法最大化地利用空调的可调潜力,并且对用户舒适度有一定影响。从负荷聚合商的角度出发,对用户空调负荷分别采用温度设定值控制,以保持用户调节行为的多样性。在最大化挖掘负荷可调潜力的同时保证用户舒适度,提出了一种基于用户空调负荷温度控制的负荷聚合商日前调度双层优化模型。模型上层以负荷聚合商利益最大为优化目标,下层考虑用户舒适度差异以用户整体不舒适度水平最小为优化目标。采用粒子群整数规划算法进行求解获得单台空调设备设定温度的调节量。通过仿真验证表明,所提日前调度策略可以在给电网提供一定削峰能力的同时,充分挖掘空调负荷的可调潜力,保证负荷聚合商获得最大化利益并且用户舒适度水平更高。     

基于权重因子和荷电状态恢复的储能系统参与一次调频策略

电池储能可快速吞吐功率,被视为优质调频资源,但过度充放电会导致其调频能力不足。文中提出一种改善的储能系统参与一次调频效果的控制策略。首先,将储能调频死区设置在机组死区范围内,并结合电网频率特性分析储能调频死区变化对频率的影响。在此基础上,基于权重因子和荷电状态(SOC)恢复提出储能参与的一次调频策略：在频率波动超过储能调频死区时,为避免电池过度充放电提出储能调频系数计算方法,同时引入控制虚拟惯性和虚拟下垂出力比重随频率变化而调节的权重因子,进而设计了调频控制方法;在频率不超过储能调频死区时,兼顾储能恢复需求和电网承受能力,提出储能SOC恢复方法。仿真结果表明：所提策略能有效改善电网频率波动和储能SOC。     

基于H2和H∞鲁棒优化的双馈感应发电机的二次调频策略

研究了双馈感应发电机（DFIG）接入电力系统后的频率稳定问题。当多个DFIG参与系统调频时,若只采用下垂控制分配各个DFIG参与调频的容量,无法使系统频率偏差为0。为解决这一问题,在DFIG下垂控制基础上采用H2 /H∞控制方法设计辅助控制器,提升系统动态性能及鲁棒性。为提高系统频率对风速变化的韧性,在该辅助控制器中将求解H2和H∞性能指标问题转化为含线性矩阵不等式（LMI）约束的优化问题。最后,采用算例对所提控制器的有效性进行验证。仿真结果表明,当出现负荷扰动时该控制器可把系统频率偏差控制到0;当风速在短时间大幅跌落时,该控制器仍能维持系统频率在允许范围内。     

计及用户决策不确定性与调频备用需求的空调负荷聚合策略

用户侧海量空调负荷资源可灵活参与电力系统频率调节服务,但调频效果易受用户行为决策不确定性影响。基于对传统聚合策略及其参与系统调频方案剖析,文章设计了面向用户决策不确定性及调频备用需求的空调负荷聚合框架。首先通过对系统一、二次调频特性分析,建立典型空调负荷动态响应模型,并给出考虑空调负荷动态响应的电力系统频率误差量化与计算方法;其次,提出基于风险规避多臂机理论的海量空调负荷聚合策略,通过引入组合在线学习思想学习用户的用电习惯,有效降低用户行为决策不确定性给调频带来的影响。仿真结果与对比分析标明,所提空调负荷聚合策略在综合考虑用户自主选择参与或退出等不确定扰动下,具备更优的参与系统调频能力。     

规模化储能参与下的电网二次调频优化控制策略

近年来,大规模电池储能参与电网二次调频控制是其继调峰之后最具潜力的应用方向之一,但是传统的二次调频控制策略无法区分不同电池储能技术特征的差异,进而难以充分发挥其调频优势,造成资源浪费。为此,提出一种计及电池储能技术特征的电网二次调频控制策略。受传统机组的调频成本模型启发建立电池储能调频成本函数,定量描述具有不同技术特征的储能在承担调频责任时所对应的调频成本。以调频成本最小化为目标,配置储能调频责任以满足电网二次调频需要。利用MATLAB/Simulink搭建含多个电池储能的区域电网动态模型,验证所提二次调频策略的可行性,并与其他2种调频策略进行对比分析。仿真结果表明,所提控制策略能够充分考虑不同电池储能的技术特征,从而精确地调度储能以满足电网调频需要,并实现荷电状态的均衡控制。     

微网分段动态自适应下垂控制策略研究

微电网采用传统下垂控制时,存在着动态调节速度慢、微源功率分配不均、频率电压无法稳定等诸多弊端。为解决以上问题,提出一种分段动态自适应下垂控制策略。通过分段下垂控制增大下垂系数,以提升系统动态响应速度。通过动态下垂控制调节下垂系数,以改善功率分配效果。通过自适应下垂控制平移下垂曲线,以维持频率和电压稳定。对上述控制策略分别进行了仿真和实验,结果验证了分段下垂自适应下垂控制策略的快速性、精确性和稳定性。     

考虑用户充电计划的电动汽车辅助调频控制策略

电动汽车(electric vehicle,EV)可作为储能装置参与电网调频,但车网互动(vehicle-to-grid,V2G)过程的低惯性、低阻尼会影响电网稳定性,且目前的EV辅助调频策略无法保证按时完成用户的充电计划。因此,文中将虚拟同步机技术应用于EV的充放电控制中,使充电机具有与同步发电机类似的惯性、阻尼特性。然后,基于T-S模糊控制器,提出一种考虑用户充电计划的EV辅助调频控制算法,EV的充/放电功率由其充电状态和电网频率共同决定。仿真结果表明,所提控制策略能够在不同的充电计划、EV荷电状态和电网频率条件下,智能调节电网与EV之间的功率流动。在满足用户充电需求的同时,该策略能有效提高电网的频率稳定性,规避电池过充、过放风险。     

双级式光伏发电主动参与电网频率调节

为解决大规模光伏发电并网带来系统调频能力不足的问题,提出了双级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改Boost变换器或网侧逆变器原有的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。并分析虚拟惯性时间常数、锁相环控制带宽对虚拟惯量控制的影响。基于光伏发电的有功功率-相位运动模型、同步发电机组的频率响应模型来分析光伏发电的虚拟惯量特性及其对系统频率动态特性的影响。仿真结果表明:Boost变换器和网侧逆变器均可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;虚拟惯性时间常数越大或锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

具有阻尼和惯性的电流下垂控制研究

针对虚拟同步发电机控制策略的优良特性,研究了其在电流下垂控制中的应用。采用电流下垂控制算法取代虚拟同步发电机的有功/频率调节和无功/电压调节控制策略,保留其机械转动所具有的惯性和阻尼特性,舍弃其定子电气模块,使逆变器不仅具有电流下垂控制的优越性能,而且具备虚拟同步发电机的阻尼和惯性特征,增强电网频率和电压幅值的稳定性。通过在电压/电流双闭环控制器中引入虚拟阻抗,提升并网逆变器的鲁棒性。仿真实验结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

基于动态下垂系数与SOC基点的储能一次调频控制策略

为高效利用储能资源满足电网一次调频需求,提出一种基于动态下垂系数与动态SOC基点(Dynamic Droop Coefficient and Dynamic Reference of SOC,DDC&DRSOC)的储能一次调频控制策略。提出以电网调频死区为分割边界将储能调频过程划分为调频阶段与SOC恢复阶段:在调频阶段,以SOC和最大频率偏差为控制量自适应调整储能出力深度以防止储能SOC的饱和或殆尽;在SOC恢复阶段,首先提出适应负荷变化的动态SOC恢复基点调整方法,然后提出兼顾SOC恢复需求与电网承受能力的储能出力确定方法,最后设计双层模糊控制器实现动态SOC基点值和储能出力值的确定。提出3个评价指标评估一次调频效果与SOC维持效果。以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动下验证了所提策略的有效性。仿真结果表明所提策略SOC维持效果较对比策略提高9%,调频效果提高4%。