基于模型预测控制的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略

新型电力系统“双高”运行特性给电网频率稳定控制带来严峻挑战,电解铝负荷属于温控负荷,具备功率可调容量大、热惯量大及调节时间快等特性,是一种较好的调频资源。为此,提出了一种基于模型预测控制(model predictive control, MPC)的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略。首先,对电解铝负荷进行了精确建模,为电解铝负荷参与频率控制奠定基础;其次,计及发电机速率限制和负荷调节深度约束,提出了模型预测频率响应模型;最后,基于模型预测控制策略,在考虑不同电解铝可调容量参与系统调频中进行仿真分析。仿真结果表明,电解铝负荷可以提升系统抗扰动能力。所提MPC策略具有良好的控制效果,表现出较强的鲁棒性,能够有效缩短调频时间,提升系统调频的动态性能。     

考虑多种影响因素的电网频率概率分布研究

搭建了电网频率测量平台,分别在湖北和贵州两地测得电网频率数据。实测结果表明,这两地的电网频率分布形状相近,与现有研究得出的结论有一定差异。这种电网频率分布的成因主要是负荷波动带宽受限和AGC控制非线性。综合考虑了以上因素,通过仿真得出了与实测结果相符合的电网频率分布。最后讨论了CPS应用条件,得出大样本抽样是CPS2应用条件的结论,即计算CPS2的时间应足够长。     

薄弱电网频率稳定性控制策略研究及应用

孤网运行是电力系统极端情况下的特殊运行方式,也是薄弱电网的一种表现形式。主力发电机组在孤网中所占的比重较大,自平衡能力较差,同样的功率不平衡会引起较大幅度的频率波动,严重时造成机组超速停机,导致电网失电,因此研究提高孤网运行稳定性的控制策略具有特别重要的意义。从薄弱电网运行的特点出发,分析了其运行的不稳定性,较全面地梳理了一次调频、二次调频、快速降负荷和OPC等提高孤网运行稳定性的控制策略,并结合国外某孤网出现的不稳定情况,制定了提高孤网稳定性的控制策略。实际应用表明,该控制策略在电网异常振荡时可使电网在较短时间内实现供需平衡,达到稳定电网频率的目的。     

计及分配因子的互联电网频率模型预测控制策略

针对单个区域有多台自动发电控制(AGC)机组的情形,提出了计及分配因子的互联电网频率模型预测控制策略。首先根据各发电机组的煤耗特性建立经济性目标函数并计算出经济最优分配因子,然后将分配因子作为状态空间方程的一部分,最后利用模型预测控制器输出各区域的调节容量,并进一步调节各AGC机组的发电出力使电网频率和联络线功率快速恢复至额定值。为验证所提控制策略的有效性建立了两区域互联电网的动态模型并进行仿真。仿真结果表明文中的分配方法能够有效地节省煤耗,所提控制策略和PI控制和经济分配相结合的方法相比具有更好的控制效果。     

大型轧钢厂冲击负荷对电网频率的影响

对轧钢负荷的性质作了说明；就冲击负荷下电网的一次和二次调频动态过程作了理论上叙述。在分析中，参用了华东电网某轧钢厂初期工程２２４ＭＷ冲击负荷投运时对电网频率、电压影响的动态模拟试验结果，并作为佐证。最后提及了调节频率的６个方面措施。     

计及电网频率稳定的抽水蓄能电站控制策略研究

针对抽水蓄能电站参与系统频率调节问题,分别研究了定速与变速抽水蓄能电站对区域电网频率稳定的调节作用。对于定速抽水蓄能电站,分析了不同网架结构下定速抽水蓄能电站基于负荷频率调节效应的频率恢复结果;对于变速抽水蓄能电站,建立PSCAD平台下可变速抽水蓄能电站机组的数学模型,基于ω-f曲线自适应整定比例-积分-微分（PID）控制器环节参数,实时控制抽水蓄能机组电机转速调节系统频率。仿真分析表明,定速与变速抽水蓄能电站均能有效实现电力系统能量存储与时序转移,调节供需失衡进而保障系统频率稳定。     

基于MATLAB／SIMULINK的互联电网负荷频率控制建模仿真研究

根据自动负荷频率控制原理，利用MATLAB提供的灵活高效、图形化的建模仿真环境，建立模拟两区域互联的自动负荷频率控制的模型。建模的主要目标是：反映自动负荷频率控制的实际过程，以及在这一过程中影响系统频率质量的主要因素。本文重点研究模型的实现，并提供该模型在(当福建电网和华东电网互联时)福建区域AGC控制性能最优化研究中的仿真应用示例。     

计及网络约束的源-荷协同频率控制策略

具有能量存储特性的负荷可以响应频率波动,为系统提供备用容量。为了充分利用负荷侧备用资源,提出了一种计及网络安全性约束的源-荷协同频率控制策略。对负荷实施分散式控制,根据频率测量信号调整设定参数,改变其功率需求。采集负荷的运行状态信息,采用ARMAX模型辨识负荷群聚合功率需求变化,输入到基于模型预测控制方法的二次调频控制器,获得各调频机组的控制信号。频率控制在满足发电和负荷功率总量平衡的基础上,需要计及网络约束,量化分析负荷控制对支路功率的影响,辨别出对系统安全性不利的负荷节点,避免其参与频率控制。对新英格兰10机39节点系统进行了仿真,结果验证了计及网络约束的源-荷协同频率控制策略的有效性。     

加入死区作用逆变控制的电网功耗检测方法设计

针对传统的电网功耗检测方法采用非接触式射频识别方法,在电感耦合或反相散射耦合中出现非线性失真,功耗检测准确性不好,提出一种引入死区作用逆变控制的电网功耗检测方法。分析电网功耗检测系统的系统结构组成,对电网的功耗进行相关性分析,分析电网系统的功耗的影响因素,设计电网的动态功耗和静态功耗检测模型,加入死区作用逆变控制技术实现电网功耗检测方法的改进,进行了硬件电路设计和系统仿真实验。仿真结果表明,采用该方法进行电网功耗检测,具有较高的检测准确性,实时性较好。通过准确实时的电网功耗检测,保证了电网的稳定可靠运行,同时为电网电能调度提供了数据基础。     

Impact of energy storage system on load frequency control for diverse sources of interconnected power system in deregulated power environment

This paper focuses Load Frequency Control (LFC) mechanism for multi-generating two areas interconnected power systems with energy storage system in a deregulated power environment. The two areas, demarcated as Area-I and Area-II, consist of thermal, hydro and gas power units. This paper also incorporates the economic load dispatch mechanism into the LFC for economical division of load during load deviation. Small signal stability analysis through participating factor has also been done to determine the oscillation state of the system, i.e., frequency deviation in both areas. Therefore, proper controller is required to reduce the oscillation of the system. The optimum value of the integral gain of the integral controller has to be selected to achieve the goal. Hence, Opposition-based Harmonic Search (OHS) technique is used for the optimization purpose. During major disturbance in the areas, primary and secondary controllers are not sufficient to reduce the frequency and tie-line power oscillation due to slow response of the governor mechanism. Therefore, energy storage system, i.e., Redox Flow Battery (RFB), is used for improvement of the dynamic response of the system which has very small time constant and quick response. The proposed control mechanism has been analyzed in a deregulated power environment with the help of different simulation case studies to find out improved dynamic performance over integral control strategies.     

储能系统参与电力系统调频应用场景及控制方法研究

储能系统具有优质调频电源的特征,利用储能辅助电力调频不仅有利于电网的整体运行,而且有助于提升电网调频的经济效益及环境效益。本文分析了电网频率控制模式以及储能参与电力系统调频的可行性,提出储能参与电力系统调频的5种应用场景,搭建了3区 8机等效模型仿真研究不同场景下储能系统运行边界,验证固定单位调节功率及变单位调节功率的计算方法,以及二次调频中域控制误差（ACE）信号在多个储能单元中的分配原则。仿真结果表明:固定单位调节功率K,在阶跃负荷扰动下K值宜取5,在连续负荷扰动下K值宜取10;在二次调频中多个储能单元之间,基于储能荷电状态（SOC）幂函数的功率分配原则可实现功率的合理分配。     

Battery energy storage for load frequency control of an interconnected power system

This paper deals with load frequency control of an interconnected reheat thermal system considering battery energy storage (BES) system. Area control error (ACE) is used for the control of BES system. Time domain simulations are used to study the performance of the power system and BES system. Results reveal that BES meets sudden requirements of real power load and very effective in reducing the peak deviations of frequency and tie-power and also reduces the steady state values of time error and inadvertent interchange accumulations.     

基于泛在电力物联网的电力能耗管理系统研究

随着当今时代互联网的飞速发展,传统电网已经不再能满足人民日益增长的电力需求。为实现全面感知、可靠传输、智能处理、互交互联的新一代电力系统,国家电网提出发展泛在电力物联网的战略目标。首先以清洁能源、能源需求为背景,对泛在电力物联网的概念、基本构架进行详细阐述。然后对电力能耗监测管理系统构架的主要关键技术进行说明。最后以华北电力大学扬中智能电气研究中心的电力能耗监测管理系统为实例,阐述泛在电力物联网基本应用情况,为其它相关研究提供参考。     

光伏发电有功功率预测及其在电网频率控制中的应用

针对光伏发电有功功率预测准确率低的问题,提出了基于马尔科夫修正的小波神经网络光伏发电有功功率预测算法。将历史数据分为晴朗、多云等天气类型,分别进行训练,建立网络模型,再根据预测日天气预报采用不同的网络模型预测。光伏的大规模并网将会对电力系统的有功平衡造成很大的扰动,调度部门借助光伏发电有功功率的准确预测进而对自动发电控制进行超前控制可以有效降低频率的波动,减轻自动发电控制机组的调节压力。实际算例对算法进行了验证,并仿真了有功扰动下的频率恢复特性,表明了基于光伏发电有功功率预测的自动发电控制超前控制方法的有效性。     

基于长过程动态仿真的风电接入对系统频率控制影响研究

风电的快速波动特性及与系统频率解耦特性使得风电接入后系统频率稳定性受到影响,在不同的风电穿透功率下,电网需有选择性地将风电纳入到系统的日前或日内调度计划中,如何确定风电接入对系统频率控制的影响是个难题。基于电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立了电力系统长过程调度决策仿真平台,平台为包含调度和电站上下两层的控制结构,可对风电接入后系统的长时间频率响应过程进行仿真。最后以某实际电网为例,仿真风电接入后对系统频率控制的影响,从而确定风电调度运行方案,验证模型的有效性。     

大规模新能源经张北柔直孤岛送出的虚拟频率研究

大规模新能源经柔性直流送出为解决新能源并网消纳提供了一种新的思路,但是在不加任何附加控制的情况下,新能源的有功波动会经过柔直全部传递到受端电网。为了解决新能源经柔直并网的有功波动问题,文中针对张家口地区的大规模新能源发电经张北柔直换流站孤岛送出系统的风电运行数据进行分析,得出该地的风电短时波动特性。同时在孤岛换流站的电压-频率(VF)控制基础上,设计换流站虚拟频率控制策略,与新能源发电一次调频(PFR)控制一起实现孤岛换流站的功率波动自主抑制功能。最后搭建大规模风电经单端柔性直流孤岛送出系统仿真平台,仿真结果证明,在风机运行状态正常的前提下设计的虚拟频率及一次调频控制方案可以,较好地实现孤岛换流站功率波动抑制。     

考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略

为了提高停电后电力系统负荷恢复效率,具有调控优势且响应速度快的储能参与系统恢复已经成为必然趋势。现有研究中,储能主要是作为可再生能源的辅助电源,平抑可再生能源出力波动;大规模储能也可作为黑启动电源,为待恢复机组提供启动功率。但上述研究都侧重于利用储能的输出功率,而忽略了储能调频能力在提高系统安全性方面的作用,未能更大程度地提高系统的恢复效率。为此,文中提出了考虑电网侧储能调频能力的电力系统负荷恢复策略。以恢复尽可能多的重要负荷为目标,考虑储能的功率特性、频率响应特性和其他安全约束,构建电力系统负荷恢复模糊机会约束模型;进一步通过清晰等价类将其转化为确定性0-1规划问题,并采用人工蜂群算法进行求解;以IEEE 39节点系统为例进行仿真分析,仿真结果表明文中所提策略能够提高负荷恢复效率。     

垂直轴永磁同步风力发电系统建模及瞬时功率控制策略

以垂直轴风轮(VAWT)和永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的垂直轴永磁同步风力发电系统的数学模型及结构,提出对有功功率、无功功率进行瞬时控制策略:通过频率控制环和电压控制环对负载或并网瞬时有功功率和无功功率进行分解计算,得到逆变器输出电流参考值,与实际的逆变器输出电流测量值比较后产生控制波,再与定频三角载波信号比较,产生PWM控制信号控制逆变器的各桥臂导通和关断.运用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对有功功率、无功功率瞬时控制策略进行仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性.     

Monitoring frequency control in the Turkish power system

Frequency control is a key ancillary service for the secure and reliable operation of power systems, and especially in isolated power systems such as Turkey which is not yet synchronously connected to the UCTE European system. Frequency control has been defined in the Turkish power system as a mandatory remunerable ancillary service that is provided by generating units and managed by the system operator. This paper develops a centralized monitoring system of frequency that informs the System Operator if the generating units comply with the technical requirements of the Turkish Grid Code. The system consists of a reference model that validates the real operation of the primary and secondary regulation of the generating units comparing it with the desired behavior established by the technical requirements of the Turkish Grid Code. A number of quantitative measures, based on the deviation between the real and the desired response are proposed to evaluate the adequacy of each unit behavior. Application examples of the proposed monitoring system of frequency control are provided using real data of different Turkish power plants.