考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法

准确评估电力系统惯量是保障高比例新能源接入后系统安全稳定运行的基础。由于新能源出力具有不确定性，其虚拟惯量响应能力难以量化评估。据此，本文提出一种考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法。首先分析新型电力系统惯量特性，明确系统惯量与频率、功率波动量之间的数学关系；构建考虑新能源不确定性的系统辨识模型，采用鲁棒最小二乘法求解待辨识系统惯量参数；最后通过含风电场的四机两区系统仿真验证了本文方法连续实时评估的有效性及准确性，具有较强的工程适用性。     

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

风电高渗透电网等效惯量概率预测方法

在虚拟惯量控制技术的驱动下,风电高渗透电网包含不同形式惯量资源,系统等效惯量呈现复杂的非线性时变波动特征。为更好地诠释系统等效惯量的不确定性,提出了一种考虑风机虚拟惯量的系统等效惯量概率预测方法。首先利用数据驱动方法构建系统等效惯量的点预测模型,预判等效惯量的变化趋势;然后采用非参数核密度估计建立各时段预测误差概率密度函数,得到一定置信水平下待预测时刻系统等效惯量可能发生波动的区间范围。基于改进的IEEE RTS-79系统进行算例分析,结果表明所提方法与传统参数估计方法相比可靠性更高,能够为新型电力系统在低惯量场景下运行方式安排提供有益的辅助决策信息。     

基于有效惯量分布的电力系统惯量不足概率评估

高比例可再生能源和高比例电力电子设备(即“双高”)接入电网将打破传统的电力系统惯量支撑局面,削弱系统惯量水平的同时带来运行安全隐患。针对机组强迫停运对电力系统惯量水平的影响,提出一种基于有效惯量分布的电力系统惯量不足概率评估方法。通过构建考虑惯量支撑机组强迫停运率的有效惯量模型,在求取系统惯量评估参考值和源运行状态的基础上,利用半不变量法和Gram-Charlier级数展开获取有效惯量概率分布曲线,进而定义系统惯量不足概率指标,最终完成评估周期内系统惯量安全的动态评估。基于改进IEEE 39节点测试系统进行仿真,结果验证了所提方法的有效性。     

电力电子并网装备等效惯量评估研究进展

高比例新能源依靠变流器等电力电子设备并网,削弱系统惯量特性的同时也丰富了系统惯量的来源。为明晰惯量评估在新型电力系统中的作用和潜力,评述了国内外电力电子并网装备等效惯量评估领域的研究进展,并提出探讨与展望。从能量来源的角度简要阐述等效惯量的内涵,根据功率扰动和频率量测2个要素,回顾惯量离线估计的研究历程。通过划分2种主流的研究思路,对电力电子并网装备及新能源电力系统的惯量在线评估研究成果进行梳理。最后尝试对未来新能源电力系统惯量评估领域需深入研究的方向提出展望。     

含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,而现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元(phasor measurement unit, PMU)获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归(controlled autoregressive, CAR)模型以及含有遗忘因子的递推最小二乘(time-varying forgetting factor recursive least squares, TFF-RLS)算法对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE-10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。     

新型电力系统背景下基于自适应参数估计电力系统惯量快速估计方法

随着“双碳”相关政策在我国的大力推行,新能源渗透率的提高造成了电力系统惯量降低,进而影响了电力系统的稳定性。基于自适应参数估计对高比例新能源系统的惯量进行估计,结合电力系统频率响应模型,构建了描述电力系统动态响应的回归方程。提出了一种基于预定义时间动态回归扩展和混合估计器的参数估计算法,实现对高比例新能源的惯量估计。在改进的某14机59节点中进行了仿真分析,结果表明,所提惯量估计算法能够较好地估计电力系统的惯性常数,并有效提升了电力系统频率的稳定性。     

异步电机频率支撑能力分析及其等效惯量评估

与传统电力系统相比,新型电力系统正逐渐演变为直流和新能源高渗透的低惯量电力系统,负荷侧惯量占比逐渐升高。异步电机在负荷侧占有较高的比例,其在惯性时间尺度下所发挥的频率支撑作用需要进一步的研究。为了评估惯性时间尺度下异步电机的等效惯量,本文建立机电暂态下的异步电动机的小信号模型,推导出其有关异步电机消耗功率和系统频率偏差的传递函数。同时本文推导出异步电机对电力系统的有效惯量并分析异步电机对电网呈现惯量的时变特性。根据惯量响应阶段频率支撑能力这一思想,分析影响异步电机惯量频率响应的因素。提出异步电机等效惯量评估模型,量化体现出动态负荷的惯量频率支撑能力。最后在MATLAB/Simulink以及PSASP平台搭建仿真模型,验证本文提出评估模型和方法的正确性和有效性。     

基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法

随着高比例新能源并网、大容量直流密集接入和常规电源持续关停,电力系统原本相对均衡的惯量资源分布格局被打破,转动惯量在空间分布上发生了新的变化。为使系统运行人员及时感知惯量空间分布情况、精准定位惯量薄弱节点,提出一种基于多新息辨识的电力系统节点惯量估计方法。首先在分析系统惯量资源对节点惯量支撑作用的基础上,基于输出误差滑动平均模型构建惯量空间分布估计模型。进而采用多新息辨识方法求解模型中的待辨识参数,得出系统内所有节点的等效惯量,评判整个系统的惯量空间分布情况。最后在IEEE 39节点系统上进行仿真分析,验证了所提方法的有效性,以及对不同规模、不同位置故障的适应性。     

高比例新能源电力系统可靠性高效评估和薄弱环节辨识方法

新能源渗透率的提高可能诱发供电中断的风险,使电力系统的运行可靠性降低,传统的中长期可靠性评估方法难以满足运行可靠性评估的时间需求。本文提出了一种电力系统运行可靠性高效评估算法,揭示了电力系统运行可靠性指标与风电出力不确定性因素的解析函数关系,避免不确定性因素变化时可靠性的重复计算。首先,基于隐马尔可夫模型对风电出力的分布特性进行建模;然后,通过状态枚举-混沌多项式展开方法建立可靠性指标与风电出力间的解析函数;最后,基于解析函数实现对实时风电出力下的新能源电力系统运行可靠性的高效评估及薄弱环节辨识。以修改的IEEE-RTS79系统为例进行分析计算,验证了所提方法的有效性。     

基于新能源出力比例的大规模系统惯量估计

在构建新型电力系统时,提高新能源出力比例,将降低系统惯量。为保证系统频率的安全稳定,需要根据新能源出力比例估计系统惯量,用以指导新能源装机规划及开机方式安排。梳理了常用惯量指标,选取了系统总动能作为描述系统惯量的估计指标。针对实际特定系统,根据典型量测数据给出了提高新能源出力比例后的惯量估计方法;针对没有量测数据的大规模新能源规划系统,用新能源出力比例来推断同步机的开机容量范围,综合考虑同步惯量和虚拟惯量,提出大规模系统的惯量评估关键参数及其统计方法,建立了系统惯量范围的估计模型。最后,基于某省级电网建立了不同新能源高出力比例模型,并对出力比例、惯量、频率之间的关系进行了分析研究,验证了有效性。     

一种区域电网惯量实用化快速估计方法

已有电力系统惯量估计的扰动法适用性较差,而统计法既无法准确计入新能源容量占比因素,也不能细致考虑负荷侧等效惯量。基于同步发电机和风电与负荷侧电动机等效惯量估计原理分析,提出了一种基于统计法的区域电网惯量实用化快速估计方法。所提方法无需扰动后的系统运行参数数据,而是通过源、荷两侧在线发电机及电动机等效惯量累加得到区域电网惯量,利用历史数据回归拟合系数来计入新能源容量占比的影响,因而具有鲁棒性强与计算速度快等优点。针对某区域电网两次实际频率波动事故场景,利用所提方法进行了区域电网惯量估计,以扰动法计算结果为基准,验证了该算法的准确性和实用性。     

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。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

基于功率谱密度分析的新能源电力系统等效惯量评估

电力系统惯量大小是衡量系统频率稳定性的重要指标之一.由于新能源机组缺乏常规同步发电机组类似的惯量响应能力,其大规模并网将会降低系统的等效惯量,易引发频率安全事故.在构建以新能源为主体的新型电力系统的过程中,有效监控电网等效惯量大小是预防频率失稳风险的重要技术手段.基于此,提出了一种采用功率谱密度分析的电力系统等效惯量评...     

大规模风电接入电力系统的概率小扰动稳定性分析与优化控制

确定性模型的特征值分析方法难以准确评估含大规模风电电力系统的小干扰稳定性,为此提出一种概率小 干扰稳定的分析方法.首先,通过Weibull分布描述风速的不确定性,利用极大似然法并结合实测数据计算Weibull 分布的形状参数及尺度参数.其次,提出基于点估计的小干扰概率稳定分析,利用半不变量法和Cornish-Fisher级数 展开法拟合输出状态变量,获得输出变量的概率分布.最后,以区域振荡模式阻尼比为优化目标,以电力系统频率稳 定为约束,优化风力发电系统的虚拟惯量控制参数,提高含大规模风电的电力系统小干扰稳定性.仿真计算结果表 明,通过对风电机组的虚拟惯量参数优化,可提高含大规模风电的系统阻尼比,有效改善系统的小干扰稳定性,为高 渗透率风电接入电力系统的安全可靠运行提供一定的理论基础.     

风电机组参与调频的虚拟惯量控制与快速频率控制

通过分析风力发电系统的功率控制特性，提出了一种风电机组快速频率控制方法，并将其与传统的虚拟惯量控制方法进行了对比研究。建立了风电参与系统频率控制的虚拟惯量控制和快速频率控制模型，分析了两种频率控制方法下系统的频率响应特性。采用虚拟惯量控制方法，风电机组跟踪系统频率变化情况释放风机旋转动能，需要合理整定控制器参数以保证风电机组的频率控制性能；快速频率控制可根据风电机组运行状态充分释放转子动能，对扰动后系统频率变化率改善效果更为明显，更适合高比例新能源接入后系统惯量较低的电力系统。     

考虑惯量支撑及频率调节全过程的分布鲁棒机组组合

风电的随机性和低惯量增加了电力系统安全经济运行的难度。针对风电的高阶不确定性,该文提出基于正态云模型表征风电预测误差概率分布值,综合1-范数和∞-范数条件约束风电预测误差概率的可行域,建立两阶段分布鲁棒机组组合模型。同时针对高渗透率风电系统惯量低、调频能力弱的特征,在优化模型中综合考虑系统中同步发电机组的同步惯量、风电机组的虚拟惯量和下垂控制,融合时域优化和频域控制,通过时频域的解析,推导"惯量支撑–频率最低点–准稳态–二次调频"的全过程约束,以满足惯量和各阶段频率调节的备用需求。基于此,将所提模型混合整数线性化,并采用列和约束生成算法对其进行求解,生成的优化割有效地降低了求解复杂度。算例仿真验证表明,所提模型和方法能有效提升系统的频率响应能力,保证安全经济运行。     

台风天气考虑故障演化的电力系统韧性评估方法

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故障影响并恢复供电的能力,近年来受到广泛关注。因此,亟需开展新能源电力系统在极端天气下的韧性评估研究。以台风作为极端灾害天气代表,提出了一种台风天气下考虑故障演化的电力系统韧性评估方法。首先,根据台风天气下电力系统故障的发展特征,确定了根据系统性能变化曲线及事故链发生概率综合评估系统韧性的整体框架和流程。具体地,考虑台风天气因素对于风电机组和输电线路的影响,提出了考虑不同时间尺度故障的元件及系统状态转移概率模型;在此基础上,考虑风机故障对风电出力不确定性的影响,建立了计及电网元件故障的系统改进随机潮流模型;然后,根据系统潮流分布和线路过载概率计算连锁故障的发生概率;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,结果表明所提方法能够有效评估极端天气下含风电电力系统的韧性,并为极端天气下含风电电力系统的安全运行提供参考。     

含风/光发电系统的复合电力系统可靠性评估

为了保证电力系统安全稳定的运行,需对电力系统进行可靠性评估。针对风电场和光伏电场接入电力系统后对电力系统可靠性的影响,提出了风电场及光伏电场的多态分析模型。建立了可再生能源发电系统的可靠性模型,并将元件故障率及可再生能源的不确定性都考虑在内。采用状态枚举法和条件概率建立了电力系统的概率模型。利用模糊C-均值聚类算法对状态模型进行分析。对加入风电与光伏发电的RBTS和IEEERTS测试系统进行可靠性评估,计算得到不同的可靠性指标。实验结果充分证实了所提出方法的简单性与准确性。