特约主编寄语

<正>新型电力系统的发展，对于改善能源结构、减少碳污排放、提高运行效率以及增加经济效益等具有重大意义，但同时也存在抗扰性减弱、惯性降低、不确定性升高等一系列挑战。这些挑战导致频率安全问题日益突出，近年来国内外频率安全事件时有发生。为了应对频率安全风险，传统的控制手段主要包括发电机调频和低周减载等措施，在新型电力系统中呈现出调频手段不足问题。为此，探索新的理论和技术，从源荷储等方面挖掘调频资源实施互动控制，对于保障电力系统频率安全、推动行业技术进步、保障社会经济发展，具有重要的理论意义和实用价值。     

电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨

随着特高压直流的推广应用及新能源发电占比的不断提高,电网暂态频率安全保障技术面临着严峻挑战。电化学储能作为一种潜力巨大的灵活控制资源引起了广泛关注。从中国电网频率安全防御的三道防线着眼,基于储能的快速功率调节特性,分析了储能在频率稳定预防控制、紧急控制和校正控制中的定位,以不同场景下电网运行频率的控制目标为依据,探讨了面向暂态频率安全保障的电化学储能的容量配置技术要点,包括时域仿真中的计算条件选择、与传统控制措施的协调配合等方面,然后针对推动储能技术规模化应用中面临的主要问题,指出应在适应多应用场景的储能优化配置、储能电站优化运行模式研究、储能全生命周期的效益分析等研究方向开展深入研究。     

面向新型电力系统的频率安全研究综述与展望

随着电力系统低碳化转型的进程加速,我国电网正向着以“高比例新能源”和“高比例电力电子设备”为特征的新型电力系统转型。新能源出力的波动和电力电子设备的大规模接入,既显著增加了系统的不平衡功率冲击,又削弱了系统的频率支撑能力,给频率安全带来了严峻挑战。从频率安全的建模、分析和控制3个角度出发,首先介绍了电力系统频率响应的4种模型：全系统详细模型、线性化模型、单机等值模型、人工智能模型。然后对电力系统频率安全指标及其量化评估方法、影响因素进行评述。最后从“源-荷-储”及其协调控制等方面分析了频率安全的控制手段并介绍了频率紧急协调控制系统,并对建模、分析和控制3个方面分别提出展望。     

暂态频率约束下考虑新能源最优减载的机组组合双层优化策略

大规模风、光等新能源并网引起的惯量降低给新型电力系统安全运行带来了新的挑战,其中尤为突出的是暂态频率安全。文章在充分利用新能源频率支撑作用的基础上,提出了暂态频率约束的机组组合双层优化策略。构建了计及新能源场/站频率支撑的新型电力系统频率响应模型,推导了暂态频率特征量的解析化表达式,进而在传统机组组合模型的基础上,构建了考虑动态频率约束的机组组合优化模型;引入原子搜索算法,协同考虑频率支撑的新能源最优减载优化与机组组合优化,建立了双层优化策略。以含风电及光伏的10机系统为例进行计算分析,结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

考虑需求侧快速响应资源的数据驱动频率约束经济调度

随着可再生能源渗透率的逐步提高,电力系统惯性水平下降,系统频率安全稳定面临挑战,迫切需要配置需求侧快速响应资源参与系统频率调节服务。针对此问题,分析了变频空调、储能和电动汽车提供电力系统调频备用的可行性,建立考虑上述需求侧快速响应资源的频率安全约束联合经济调度模型,以进行源荷双侧调频备用的统一优化。然后,引入基于高维模型表达的数据驱动方法将调频备用与最大频率偏移量之间的高阶非线性、隐式关系转换为低阶、显式表达式,从而实现频率安全约束经济调度模型的简化和求解。最后,结合IEEE?30节点系统验证了所提调度模型和方法的有效性,以及所提的数据驱动频率安全约束可确保系统在不平衡功率下的异常频率在约束范围内,且需求侧快速响应资源对于提升系统频率韧性具有重要正向作用。     

数据-物理联合驱动的大电网频率安全智能评估

新型电力系统的低惯量特征为其频率安全带来严峻挑战。为快速准确评估大电网受扰后的频率响应,文中提出数据-物理联合驱动的大电网频率安全智能评估方法。为实现数据模型和物理模型分析手段的有效结合,设计了频率安全评估的可信集成学习方法,准确评估数据驱动频率安全结果的可信度,并通过设定可信度阈值作为数据模型和物理模型的切换依据。若数据模型评估结果的可信度高于阈值,则采纳为可靠的数据驱动频率安全评估结果,否则切换为基于物理模型的时域仿真方法进行评估。利用四川电网仿真模型生成数据集并进行模型性能分析,结果表明所提方法兼具频率安全评估的快速性和准确性。     

新型电力系统安全稳定运行分析

为实现碳达峰、碳中和的目标,需要构建以新能源为主体的新型电力系统。从保障新型电力系统安全稳定运行的角度出发,分析了新型电力系统在能源结构及布局、储能发展及负荷变化等方面的特点,阐述了新型电力系统在安全稳定形态、电力系统稳定控制及调度运行控制等方面面临的挑战,提出应开展新型电力系统频率稳定控制研究,构建区域频率协同及频率紧急控制系统的观点,建立统一调度、分级管理的跨区域和跨电压等级的广域调度控制模式;构建新型电力系统认知体系,充分把握电力系统运行特性;完善电力系统数字化感知能力,建立广域调度技术支持系统;充分挖掘电力系统可调节资源,提升新型电力系统灵活调节能力。     

基于转子动能的双馈风机频率支撑优化方法

“双碳”背景下,新能源发电量占比逐年提高,电力系统低惯量、弱阻尼特征显现,双馈风机DFIG(doublyfed induction generator)如何在经济高效运行的同时参与频率支撑,是目前电力系统所面临的主要挑战之一。在双馈风机综合惯量阻尼控制策略的基础上,分析系统的频率动态特性,提出基于风机转子动能的频率支撑策略参数优化设计方法,求解考虑二次频率跌落下满足最小频率偏差的惯量阻尼最优控制系数,最大程度抬升频率最低点,防范系统低频减载等安全稳定措施不必要动作。最后,通过仿真验证了所提基于转子动能的DFIG频率支撑优化方法的正确性和有效性。     

异步联网对云南电网安全稳定性的影响

南方电网确定了异步联网的技术路线,计划在2016年实现云南电网与南网主网的异步互联,这将对云南电网的安全稳定运行提出新的挑战。本文深入研究了异步联网对云南电网频率稳定性、功角稳定性、小扰动稳定性和电压稳定性的影响,结果表明,异步联网后云南电网频率稳定问题凸显,需要引起高度重视。文章进一步提出了相关安全稳定控制措施的建议。     

华东电网一次调频能力量化评估及运行控制策略

随着新能源发电及区外直流来电占比的增加,电网一次调频能力愈显不足,保障电网频率安全日益重要。文中建立了包含同步发电机、调速器及负荷模型的频率仿真简化模型,并考虑了电网电压波动对负荷的影响,采用频率仿真简化模型对实际及预想故障下电网频率进行了仿真。与中国电科院电力系统仿真软件(BPA)详细模型仿真结果的比较表明,简化模型频率仿真的精度满足要求。应用该模型对华东电网当前及未来的频率安全形势进行了评估,指出2025年华东电网频率安全面临严峻挑战,要提高常规同步发电机的一次调频能力并控制直流来电占比,逐步考虑新能源具备虚拟惯量和一次调频能力,实现新能源机组友好并网,满足未来电网发展需求。     

特约主编寄语北大核心CSCD

在实现“双碳”目标、建设新型电力系统的进程中,可再生能源在电力系统中的渗透率不断增加,改变了以同步机为主的传统电力系统的动态特性,使得不同时间尺度的暂态现象相互耦合,在更大的频率范围内引起宽频振荡和频率、电压稳定问题,给新能源送出和电网安全稳定控制带来很大挑战。     

双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施

在能源系统低碳化转型的过程中,电力系统中的可再生能源和电力电子设备比例快速增长,高比例可再生能源、高比例电力电子设备的"双高"特征为未来电力系统的频率安全带来严峻挑战。文中首先分析电力系统的双高特征为电力系统频率响应特性所带来的4点新特性:传统调频资源稀缺化、频率时空分布差异化、频率调控手段多样化和频率动态机理复杂化。然后对比了时域仿真法、模型分析法和机器学习法3类主流的频率响应分析方法,在此基础上,从逆变器控制、低频减载保护、直流功率支援、系统调度运行和调频市场设计5个方面分析了改善双高电力系统频率响应特性的技术新进展。最后针对未来双高电力系统频率安全问题进行总结和展望。     

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。     

规模风电接入下考虑多区域频率动态安全的机组组合与风险调度EI北大核心CSCD

规模风电并网加剧了不同区域间惯量分布不均的问题,给多区域系统的频率安全防御带来挑战。该文提出一种兼顾风电出力不确定性与多区域频率动态安全的两阶段风险调度模型。第一阶段基于条件风险价值理论协同优化多区域系统的运行成本与运行风险,并求得风电可接纳安全边界;第二阶段在恶劣风电场景下进行多区域频率动态安全校核。将备用容量解耦为非事故备用与事故备用,分别嵌套于两阶段模型中,实现求解思路的清晰化。最后通过列与约束生成算法求解此两阶段优化问题。算例仿真验证表明,所提模型和方法能有效提升多区域系统的频率响应能力,保证安全经济运行。     

基于自适应协同下垂的飞轮储能联合火电机组一次调频控制策略

随着“双碳”目标的提出,新能源装机总量不断提高,对电网频率安全提出了更大的挑战。飞轮储能凭借其响应速度快、充放电次数多等优点,在联合火电机组参与调频、提升电网频率安全方面受到广泛关注。为更加充分利用飞轮储能辅助电网调频的快速性优势,设计了一种基于自适应协同下垂的飞轮储能联合火电机组一次调频控制策略,实现了火-储联合系统的功率协同自适应调整。仿真验证表明,所提出的控制策略可以有效改善火-储联合系统的调频性能,相比传统下垂控制,系统最大动态频差和稳态频差分别减少了29.00%和25.50%,缓解了火电机组调频压力,有利于火电机组安全稳定运行。     

基于线性分解的混合储能辅助火电机组调频控制∗

面对大规模新能源并网带来的电力系统频率安全挑战,储能技术的发展为解决频率安全问题提供了解决方 案.混合储能系统辅助火电机组参与调频可以有效改善电网调频性能,因此提出一种基于线性分解的混合储能调频控 制策略,将频率偏差分解后得到高低频分量,飞轮储能和锂电池的功率指令由自适应虚拟下垂控制产生.仿真结果验 证了所提策略的有效性,混合储能系统的参与在改善电力系统调频效果的同时可减缓火电机组的出力波动.     

考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合

随着电源结构与电网形态的转变,互联电力系统频率时空分布特征日益显著,区域频率差异与区间联络线功率振荡增大,基于统一频率假设的频率安全约束机组组合方法不再适用。针对考虑频率时空分布特征的两区互联电力系统安全约束机组组合,推导区域频率与区间联络线功率闭式解,并基于闭式解的两项划分,推得区域频率最低点、最大变化率、准稳态值以及区间联络线功率振荡峰值、准稳态值等一系列解析安全量化指标。基于所得指标,构建考虑区域频率与区间联络线功率安全约束的机组组合模型。并根据调度模式与指标特点,提出兼顾区域能力保障与区间能力协调的两级两阶段迭代求解算法。结果表明,所得指标可准确描述两区互联电力系统的安全特征,所提模型和算法可有效保障两区互联电力系统机组组合方案的运行安全。     

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要，而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点，其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型，结合新能源场站的通用频率响应模型，建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型，在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后，基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后，在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真，结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点，且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值，验证了模型的准确性和通用性。     

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。     

海上风电柔直并网系统调频控制综述

远海风电场因其风资源丰富而受到广泛关注,柔直并网是实现大规模远海风电场并网的有效措施.随着海上风电等可再生能源渗透率不断提高,电力系统面临的频率稳定问题逐渐凸显,海上风电柔直并网系统进行主动频率支撑是缓解频率稳定问题的有效手段之一.为此,针对海上风电柔直并网系统参与调频控制进行综述,从海上风电场、柔性直流系统及二者协调控制等3个层面对现有频率支撑控制策略进行阐述,分析了不同层面控制策略的原理、优缺点和发展趋势等,指出海上风电柔直并网系统参与主动频率支撑应协调海上风电场和柔性直流系统,最大化发挥二者调频能力;进一步分析了海上风电柔直并网系统参与频率调节在充分利用系统调频能力、保证系统安全运行方面面临的挑战,最后对该领域未来研究方向进行了总结和展望.对海上风电柔直并网系统参与陆上交流系统调频控制和实现双碳目标具有一定参考价值.