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。     

含风电的电力系统动态频率响应快速评估方法

大规模随机波动的风电功率接入电网引起系统频率偏差,从而影响系统安全稳定运行。为了研究不同频率风电功率波动对系统频率偏差的影响,提出了考虑发电机特性、调速器特性、系统网络结构、负荷特性,含风电的电力系统频率响应频域分析模型。基于该模型推导了风电功率激励下的电力系统各节点频率响应传递函数的显式表达式。根据传递函数的幅频特性能准确反映不同频率风电功率波动激励下各节点的频率响应特性。将该模型应用于IEEE 10机39节点系统,结合实测风电场功率波动数据进行了算例仿真,结果表明利用该模型能快速准确评估风电功率对系统各节点频率响应的影响。     

风电功率波动引发的强迫振荡扰动源定位方法

电力系统中的强迫功率振荡有可能引发大范围的功率波动。风电等新能源接入电网时,其输出功率的波动具有随机性,当该功率波动导致系统中发生强迫振荡时,振荡同样会呈现随机特征,难以对扰动源进行定位。文中提出一种对风电引发的强迫振荡扰动源定位的方法,该方法利用振荡的双谱获取中心频率,并通过小波变换得到振荡中心频率处的初始相位,据此可通过能量函数对扰动源进行定位。实际算例验证了所提方法的可行性及有效性。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

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。     

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。     

风电接入的电力系统电能质量扰动的检测与定位

风能的波动性、间歇性和随机性等特性使接入风电的电力系统运行特性和电能质量受到复杂的影响。针对风电接入的电力系统电能质量扰动问题,重点研究电能质量扰动的小波检测方法,提出了基于Euclidean分解算法的db4复小波的提升方案。通过Euclidean分解算法得到复小波提升方案,求取了db4复小波自适应提升因子并构建了分解与重构模型,对扰动信号和基波分量进行提升变换后得到幅值和相位信息分别作差。利用幅值差和相位差来确定扰动的幅度和时间,并根据扰动段的幅值差和相位差值实现了扰动起止时刻定位。基于Matlab的仿真结果表明,与复小波相比,该方法能进一步提高风电接入电力系统电能质量扰动信号定位的速度和精度。     

利用敏感频段评估大规模风电对电力系统频率影响的方法

随着系统中风电渗透率的增加,风功率波动对电力系统频率的影响不可忽视。首先定义了"敏感频段"的概念,对单机系统频率响应模型进行分析,揭示了不同频率的功率扰动对系统频率特性影响程度的差异。其次,计及复杂电力系统的非线性特性,提出了利用聚类思想识别其敏感频段的分区域扫频法。最后,给出了从敏感频段角度分析风功率波动对电力系统频率特性影响的分析方法,结合风功率波动的幅频特性评估其对电网频率的影响,通过东北电网算例证实了敏感频段的存在,验证了所提方法的有效性。     

考虑电力系统频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法

可再生能源装机容量的快速增长给电力系统的正常运行带来了许多新的挑战,特别是在有功平衡及频率控制方面。该文针对大规模风电集中接入情况下,由于系统惯性不足及风电出力突然波动导致的系统频率安全问题,提出一种能够考虑发电机及负荷频率响应特性的鲁棒区间风电滚动调度模型。该模型对风电波动状态下的系统频率响应特性进行了分析,建立了短期风电预测误差与系统频率波动大小的定量关系,弥补了传统有功调度过程中对系统频率响应特性考虑的不足。该模型能够使得在所有可能的风电出力变化情况下,系统的频率波动范围均满足运行要求,并且系统运行成本最小。最后,在IEEE RTS测试系统上的算例结果证明了所提方法对保证大规模风电接入下系统频率安全的有效性。     

一种适合实际风电接入电力系统的小干扰概率稳定分析方法

风电出力的随机性导致风电接入电力系统运行点具有明显的不确定性,也使得确定性小干扰稳定分析方法难以全面分析含风电的电力系统小干扰稳定问题。为此,本文提出了一种实用化的风电接入电力系统小干扰概率稳定分析方法。以BPA为小扰动稳定分析核心程序,通过利用Matlab开发风电出力Monte Carlo采样程序、调用BPA接口程序和结果概率统计分析程序组成的闭环系统实现。用3机9节点系统进行了风电接入容量、接入点及不同的风电消纳方式对系统小干扰概率稳定的影响分析;然后对某省实际电力系统2020年风电规划情况进行了小干扰概率稳定分析,验证了所提方法的有效性和实用性。     

电力系统强迫功率振荡的基础理论

以单机无穷大系统模型为基础,阐述了电力系统强迫功率振荡的基础理论,分析了影响电力系统强迫功率振荡的主要因素,并对单机无穷大系统的强迫功率振荡进行了仿真验证。电力系统强迫功率振荡理论指出,持续的周期性小扰动会引起电力系统强迫振荡,当扰动频率接近系统固有振荡频率时,会引起系统谐振,导致大幅度的功率振荡。谐振引起的强迫振荡的幅值与扰动的幅值、系统固有的振荡阻尼大小有关:扰动的幅值越大,谐振幅值越大;系统固有的振荡阻尼越强,谐振幅值越小。谐振引起的强迫振荡的表现形式类似于属于自由振荡的电力系统负阻尼低频振荡,但两种振荡的起因不同。     

大规模风电接入电力系统的AGC控制参数修正

自动发电控制(automatic generation control,AGC)控制参数包括频率响应系数和AGC控制器参数,其数值设定主要取决于电力系统单位调节功率和惯性时间常数。大规模风电接入,取代部分常规机组,降低了电力系统单位调节功率和惯性时间常数。提出了大规模风电接入对电力系统单位调节功率和惯性时间常数影响的数学模型。在此基础上,建立了大规模风电接入电力系统AGC控制参数修正的数学模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真计算,验证了大规模风电接入电力系统修正AGC控制参数对频率控制的有效性。     

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.     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

基于线性化模型的电力系统强迫功率振荡分析

电力系统强迫功率振荡为持续的周期性小扰动所引起低频振荡现象。基于电力系统的线性化模型,从频域分析的角度阐述了强迫振荡的机理、主要影响因素和工程分析方法,得出如下结论:当扰动频率接近系统固有的振荡频率时,可能激发系统的强迫功率振荡;固有振荡模式的阻尼比越小,强迫功率振荡幅值越大;对系统固有振荡模式参与程度较高的机组上施加扰动,同时输出响应对此模式的可观性亦较好时,强迫功率振荡幅值取得极大值。     

需求响应参与大规模风电接入下的电力系统频率调节研究

针对大规模风电接入下的电力系统频率稳定控制问题,研究了需求响应对系统频率的调节作用。为了反映风电的特点,建立了大规模风电接入下的电力系统频率响应模型,模型中对风电和火电机组分别进行了建模。风电机组可以通过暂时释放转子动能参与调频,然而在扰动过大时会导致系统失稳。通过采取一种类似于低压低频减载的需求响应控制方法,即在频率跌落时关闭部分用电设备,待频率恢复后将这些设备重新打开,可以为电力系统调频提供支持。仿真结果表明,需求响应与风电机组同时参与电力系统调频,能够克服风电机组的失稳问题,大大提高风电系统的频率稳定性。     

含大规模风电的电力系统频率稳定性研究

介绍了电力系统频率的波动原因及其危害,阐述了风电大规模接入对系统频率稳定的影响,并建立了含风电电力系统模型,仿真验证了风速波动、解耦控制以及不同风电穿透功率三种情况下,风力发电机组并网运行后对电力系统频率稳定性所带来的影响。     

基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

大规模风电并网条件下考虑动态频率约束的机组组合EI北大核心CSCD

为提高大规模风电渗透的电力系统频率稳定,将风电接入后系统的动态频率响应纳入安全约束机组组合(security-constraint unit commitment,SCUC)框架内,提出考虑动态频率约束的SCUC优化模型。结合风机动态响应,以同步机频率响应模型为基础量化描述风电并网系统动态频率特征。在此基础上,以扰动后的最低点频率为约束量,构建考虑动态频率约束的SCUC优化模型,并引入分段线性化技术改善由动态频率约束引起的非线性特征。基于Benders分解将所提模型分解为传统安全约束下的机组组合主问题和频率越限检测子问题以降低优化计算复杂度。最后,对含风电并网的10机电力系统进行计算分析以验证所提模型的有效性。与传统机组组合结果的对比表明,所提模型能够改善大规模风电并网电力系统频率稳定性。