考虑频率二次跌落的风电机组频率响应控制策略

风电参与频率响应是保障高风电渗透率电力系统频率稳定性的重要方案,但风电机组的转速恢复过程可能会导致系统出现频率二次跌落（FSD）。在分析风电机组利用转子动能参与频率响应过程、FSD产生机理以及影响FSD大小主要因素的基础上,考虑风电渗透率,提出一种风电机组频率响应控制策略以减小FSD。该策略基于综合惯量控制,对风电机组的频率支撑过程和转子转速恢复过程的有功功率参考值进行分阶段设计,动态调整风电机组的输出功率来减小FSD。最后,仿真结果验证了所提策略可以在不同风电渗透率电力系统中大幅减小FSD,改善电力系统的频率响应特性。     

基于协同控制的电力系统稳定器的设计

利用协同控制理论设计了一种新型电力系统稳定器（PSS）。基于电力系统的非线性模型,研究了在典型的单机无穷大系统中新型PSS的动态特性并和传统的PSS、无PSS的情况进行了比较。仿真结果表明,该PSS具有很强的鲁棒性,比传统PSS具有更好的阻尼效果。     

含虚拟惯量的电力系统频率响应特性定量分析方法

虚拟同步机可以使并网逆变器具有类似于同步发电机的外特性,从而使逆变器参与频率调节并为电力系统增加虚拟惯量。但目前,对于含虚拟惯量的电力系统的频率响应特性缺少定量的刻画指标,难以从理论上指导大规模电力电子设备接入时虚拟惯量的优化配置,也无法从理论上刻画虚拟惯量的加入对于电力系统频率响应特性的影响。针对这一问题,提出以系统相位扰动到频率输出的闭环传递函数(或传递函数矩阵)的H2与H∞范数作为描述系统频率响应特性的指标,从而定量刻画虚拟惯量的加入对系统频率的扰动抑制能力的影响。在此基础上,分析了同步发电机和虚拟同步机的频率响应特性,并进一步结合频率响应的时域波形验证该指标的有效性。     

考虑多台异步电机的电力系统频率响应动态等效模型

随着越来越多的可再生能源通过电力电子设备接入电网,电力系统的惯量不断下降,频率波动更加剧烈,同时,在负荷侧存在大量直接并网的异步电机可以提供频率支撑,改善频率响应动态。然而,准确建模如此规模的异步电机需要其详尽参数,并伴随着极高的计算代价。为此,本文提出了一种数据驱动的电力系统频率响应建模方法。该方法首先收集频率响应的历史数据,接下来,将等效惯量和等效阻尼的辨识问题描述为优化问题,优化目标为减少模型与历史数据之间的频率差异,并通过启发式算法高效求解。相较于异步电机的机理模型,所提出的动态等效模型具有不需要异步电机的详尽参数、计算负担小的优点。在修改的IEEE 9节点系统上的仿真验证了所提出方法的有效性,并表明：自身惯量为1.5 s,占负荷侧22%的异步电机负荷为系统提供了9%的等效惯量。     

基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法

受重复放电影响,电力系统各区域的调频控制偏差与电压基频波动较大,为此提出基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法.采用多维小波分解方法分解电网系统各发电机组的调频信号频谱,降低重复放电对各区域的影响.根据分解结果结合电力系统电路构成获得微分方程,并对微分方程进行推算与Park变换.在此基础上,提出电力系统协同控制模型的构建目标,考虑源网荷储优化拓展元素构建电力系统协同控制模型.模型主要以源网荷储优化思想作为框架,对源网荷储电力系统协同优化元素进行拓展,实现多源横向互补与源网荷储纵向协调.结果 表明,源网荷储优化力度在30％～60％时,电压基频越来越稳定,并且调频控制偏差较小,说明所提方法实现了性能突破.     

新型电力系统惯量特性及其实时感知技术

新能源并网将不断挤占常规机组开机容量,降低系统转动惯量和调频能力,导致频率变化加快、波动幅度增大,因此需要新能源机组提供主动惯性支撑。但是新能源机组动态特性完全不同于同步发电机,传统摇摆方程已难以全面刻画新型电力系统频率受扰后的动态过程。为此,建立新型电力系统的惯量模型,可以准确刻画同步发电机、跟网型和构网型逆变器的惯量响应过程。提出惯量的实时测量方法,采用改进多项式曲线拟合法和系统辨识法,实现了对系统转动惯量和区域内惯量的准确感知。最后通过仿真,对新型电力系统等效惯量进行了量化评估,验证了所提的测量方法和数学模型的有效性。     

基于协同进化法的电力系统无功优化

针对无功优化问题非线性、非连续性等特点以及大范围内无功优化控制变量较多的问题，提出基于协同进化的无功优化算法以及相应的求解步骤。协同进化算法借鉴分解协调的思想，将无功优化问题分解为一系列相互联系的子优化问题，每个子优化问题对应于进化算法的一个种群，各种群通过共同的系统模型相互作用，共同进化，从而使整个系统不断演进，最终达到问题求解的目的。与常规的遗传算法相比，协同进化算法不但能得到更好的优化结果，收敛性好，而且克服了普通遗传算法计算时间过长的缺点，算例结果表明，该算法更适合于求解大系统的无功优化问题。     

多能源互补独立电力系统的控制策略仿真研究

多能源互补电力系统是解决偏远地区供电问题的有效途径之一,西藏阿里地区比较适合建设光电、储能装置、水电和柴油发电互补的独立电力系统。针对光伏电站,提改进PQ下垂控制与功率外环控制相结合的综合控制策略。针对不同的控制目标,设计两种功率外环控制策略。利用电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory对该独立电力系统及控制策略进行仿真;分析不同控制策略下电网的动态响应特性,并研究V/f响应功率外环控制策略下光伏电站独立支撑电网的能力。仿真结果表明,光照强度发生剧烈变化以及大容量设备启停时,系统能够快速跟踪动态响应变化,其电压和频率均能可靠快速地恢复至正常水平。     

计及异步电机频率响应的电力系统最低惯量评估

随着大规模新能源等电力电子器件的并网,电力系统惯量水平逐渐降低,系统转动惯量需求产生新的变化,负荷侧频率支撑能力显得愈发重要。针对这一问题,系统分析了异步电机的频率响应特性。基于小信号分析法提出一种机电暂态下异步电机建模方法,构建计及异步电机频率响应的电力系统频率响应模型。在深入分析新型电力系统惯量特性的基础上,考虑系统最大频率变化率、最大频率偏差以及备用容量限制等频率安全约束,构建了电力系统最低惯量评估模型并通过遗传算法进行求解。最后,在Matlab和PSASP平台上进行算例仿真和分析,验证了所提异步电机频率响应模型以及最低惯量评估结果的正确性和有效性。     

基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算

随着新能源渗透率不断提高以及高压直流电量HVDC的大规模应用,电力系统惯量响应与一次调频响应的能力不断减弱,威胁电力系统的频率稳定.目前的研究工作主要针对于惯量响应的估算、新能源发电参与惯量响应和一次调频的控制策略设计,并未展开电力系统一次调频功率估算的研究.论文提出了基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算.阐...     

风电参与电力系统调频控制策略综述

随着可再生能源的大规模开发,以风能为代表的可再生能源大量并入电网,且渗透率不断提高.一方面,由于惯性时间常数较小的风电机组替代了传统发电机组,系统的总体惯量减少;另一方面,由于风能本身所具有的间歇性、随机性,系统的频率特性发生改变,调频能力随之减弱.风电参与调频是解决风电上网约束的有效手段之一.为此,对风电参与调频领域的研究进行综述,首先以双馈风电机组和永磁直驱风电机组这2类最常用的变速风电机组调频控制策略为例,综述风电机组转子超速控制、桨距角控制、虚拟惯量综合控制、虚拟同步发电机控制,储能与风电调频以及多控制策略联合的原理、优缺点和发展趋势等;然后针对风电场参与系统调频的若干问题进行分析;最后对本领域未来可研究的问题进行展望.     

风电接入孤网后的频率控制策略

由于风电场容量相对于孤网系统容量较大,且不具备传统发电机组的调频功能,风电出力的随机波动特性势必会引起孤网系统频率的显著波动,严重影响孤网中设备的安全稳定运行。在总结及阐述孤网概念及已有频率控制方式基础上,研究并建立抑制风电接入后频率大幅波动现象的孤网频率控制策略,包括三次和二次频率调节策略,其中,三次调频考虑风电场短期和超短期出力预测进行含风电的协调调度,二次调频根据系统频率以及风电场出力趋势对常规电源和风电出力进行秒级至分钟级的调整。最后,通过建立含风电的孤网动态仿真模型,仿真验证所提出控制策略的有效性。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。     

基于VSC-HVDC的多区互联电力系统负荷频率控制策略

针对传统的交流输电系统在功率传输方面存在的诸多弊端,提出一种应用电压源换流器-高压直流（VSC-HVDC）互联传输线路减小多区互联电力系统间频率振荡的方案.首先在VSC-HVDC的基础上提出系统模型,然后在此基础上确认对互联系统发生随机负荷扰动时的控制策略,提高频率控制的效率,增强互联系统的稳定性.仿真结果表明,相比于仅应用交流传输线路的情况,该控制方案对联络线的功率振荡具有良好的阻尼性能.     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

风-火互补发电系统区域频率控制的策略研究

风能与传统能源互补发电给互联电网各方带来了巨大的安全经济效益,对互联电网频率控制的分析与研究是电力系统不可忽视的部分。讨论了发电系统的一次调频和二次调频,分析加入风力发电后,风-火互补发电的区域频率控制,给出模型方案(增加PI调节环节进行改进),对其中的三种控制模式(TBC-FTC、TBC-FFC、TBC-TBC)进行研究。仿真图及仿真结果数据验证了风-火互补发电的区域频率控制的可行性。与传统的单区域频率调节相比,加入了风电的多区域频率控制能改善频率调节的性能。     

基于协同控制理论的TCSC控制器设计

提出了一种利用协同控制理论设计可控串联补偿电容器(TCSC)控制器的方案,并以单机无穷大系统为例进行了仿真试验。仿真结果表明,所提出的方法可以提高系统的暂态稳定性,有效地阻尼系统的振荡。     

考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法

随着新能源渗透率逐步提高,系统在大功率扰动下的频率稳定问题日益严峻,限制了系统新能源的消纳能力。为了合理规划新能源的接入容量,亟需对系统的最小惯量和一次调频容量进行评估。为此,针对大功率扰动下惯量响应与一次调频响应间的相互作用进行了研究。首先,以传统单机模型为基础,推导出了计及调频死区的频率响应过程表达式。然后,以扰动后的最低频率限值为动态频率稳定约束条件,建立了系统最小惯量与一次调频容量评估模型,估算了系统最小功频静态特性系数和最小惯性时间常数,计算并绘制了惯量响应和一次调频响应的功率曲线。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中搭建了IEEE 10机39节点模型,验证了所提最小惯量与一次调频容量评估方法的准确性和研究价值。     

基于改进动态潮流的DFIG风电系统层级频率模型预测控制

电力系统原有同步发电机(SG)负责的调频可由双馈感应发电机(DFIG)提供。评估调频效果时,相较详细时域仿真分析,可采用动态潮流(DPF)算法减少运算量。提出包含上层频率预测与下层DFIG控制的层级频率控制。双层控制中皆引入模型预测控制(MPC),通过预估控制效果确定控制目标。上层控制在DPF中引入SG调速器,以提升频率预测精度,基于此确定DFIG有功参考值,在其中计及了DFIG机械暂态的变化率约束。下层控制提出采用基于MPC的直接转子电流控制,追踪调频过程中的DFIG有功参考值,并在频率预测中计及其控制响应。