考虑频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量计算方法

针对新能源并网的弱惯量、零惯量特征对电力系统频率稳定的影响,提出一种计及频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量的估算方法。首先,建立系统频率动态响应数学模型,求解惯量中心频率时域表达式。然后,基于频率响应模型求解并分析系统惯量与相关频率稳定性指标的关系,进而计及频率变化率和频率最大偏差约束估算系统临界惯量理论值和计算值。最后,基于临界惯量提出一项电力系统频率稳定性指标,来评估功率扰动后的电力系统频率稳定性,并结合电力系统实际运行惯量得出新能源虚拟惯量参考值。在DIgSILENT PowerFactory中以改进的IEEE 10机39节点新英格兰系统和某区域电网仿真算例对所提计算方法进行仿真验证。     

计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求分析

随着新能源渗透率的提高,电力系统惯量水平逐步下降,频率稳定问题日益突出。为保障系统安全稳定运行,新能源机组应提供惯量支撑,该文提出计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求的分析方法。首先,从频率稳定角度阐述了对新能源机组提出惯量需求的重要意义;其次,明确新能源机组惯量的定义和计算方法;然后,构建反映时空分布特性的电力系统频率响应模型;再而,提出新能源机组惯量需求的分析方法及流程;最后,基于算例系统验证惯量需求分析方法的有效性。     

考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估

新能源高占比系统带来的低惯量问题已严重影响大扰动下系统频率稳定性,频率各项指标愈发接近安全域边界。为量化系统频率响应能力,明晰系统运行边界,该文在分析系统惯量需求必要性基础上,提出考虑频率变化率(rateof change of frequency,RoCoF)及频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法。在RoCoF约束方面,将静态负荷电压特性引入评估模型,并根据扰动瞬间功率分配机理对大电网动态频率空间分布特征进行量化;在频率最低点约束方面,通过建立含多类型调频资源的系统频率响应模型进行最小惯量评估。根据所提方法,给出考虑我国电网运行特性及稳定性要求的送、受端系统最小惯量评估方法。根据不同频率约束下的惯量不足,给出可行应对措施,并分析各项措施与最小惯量关系,包括直接增大系统惯量、电力电子电源快速调频、降低扰动功率和放宽频率约束等。最后,采用改动的WSCC 3机9节点系统和大电网系统,验证方法有效性和准确性,为保障系统稳定运行及运行方式安排提供理论支撑。     

新能源高占比电力系统惯量相关问题研究

惯量在维持电力系统暂态稳定中具有重要作用,尤其是由于功率扰动引起的频率稳定问题。为了最大限度地实现“双碳”目标,新型的新能源高占比的电力系统必将成为我国电网建设的主体。然而,由于大规模新能源并网导致的低惯量问题,不仅影响了电力系统频率稳定性,而且也使电网的动态行为更加难以预测。介绍了惯量的基本概念,并分析了近些年由于缺乏足够系统惯量支撑能力而引起的频率波动、切负荷以及停电事故。从惯量的时空分布特性以及新能源高占比电力系统的等效惯量评估两方面对低惯量电力系统的研究方法和研究成果进行归纳梳理,给出了提升惯量支撑能力的措施和今后研究低惯量电力系统的建议。     

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.     

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。     

满足频率稳定约束的新能源电力系统惯量评估与新能源最大渗透率研究

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”的技术路径之一。由于新能源出力具有较强的波动性与间歇性,且新能源大量替代同步机后,将导致电力系统惯量水平下降,恶化系统频率响应特性,削弱系统抵御功率差额的能力。本文研究了新型电力系统频率稳定问题机理,分析了高渗透率下新能源电力系统动态频率响应特性与系统惯量之间的关系,并以云南“十四五”及中长期构建以新能源为主体的新型电力系统为例,测算了新能源高占比情况下的电力系统惯量变化趋势及新能源最大渗透率。     

低惯量电力系统频率稳定分析与控制研究综述及展望

大容量直流和高比例新能源接入下,越来越多的电力系统正逐渐演变为低惯量电力系统。低惯量电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,致使频率稳定问题日益凸显。为更好地理解电力系统在低惯量运行场景下的频率稳定威胁以及为有效制定应对策略提供参考,对低惯量电力系统频率稳定分析与控制领域的国内外研究进展进行综述与展望。首先,分析低惯量运行场景产生的主要原因及其对频率稳定的潜在影响,并介绍近年来实际电网频率问题的典型案例。进而,对基于时域仿真、数学解析、数据驱动的各类频率稳定分析方法进行阐述。从“源、网、荷、储”多类型有功资源调频能力挖掘、多道防线加强与协调配合等角度给出改善低惯量电力系统频率稳定的控制措施。最后,展望了该领域未来需深入探索的研究方向。     

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。     

考虑频率动态响应实时分区的电力系统惯量在线评估方法

大规模新能源接入电力系统导致系统惯量水平降低,利用同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)在线评估系统惯量水平具有重要意义,考虑到电力系统频率动态响应具有分区特性,以区域为单位开展在线惯量评估具备可行性。频率响应分区情况不仅与电网拓扑和参数有关,还与系统运行点、扰动类型和位置有关,固定的分区方案难以保证分区结果满足系统各种运行工况,同时,在实时分区场景下,对惯量参数辨识算法的快速性也提出了更高的要求。分析了电力系统区域惯量在线评估原理,阐明了频率动态响应实时分区的要求;随后,提出了频率动态实时分区方法,采用动态时间弯曲指标和k-medoids算法对全网节点频率响应实测曲线在线聚类,给出了基于卡尔曼滤波的区域惯量参数辨识算法,保证惯量参数计算满足实时性要求,进一步分析了各类误差源对系统分区和惯量参数辨识结果的影响;最后,在IEEE 39节点系统验证了所提方法的有效性、惯量实时跟踪能力和对不同运行场景的适应性。提出的电力系统区域惯量在线评估方法利用PMU实测频率响应实时更新电力系统分区情况,保证在各种运行点和扰动下区域频率响应的一致性,具备现场应用潜力。     

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。     

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...     

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。     

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。     

面向电力系统概率稳定性提升的风电虚拟惯量参数优化方法

利用转子中储存的机械能,风电机组能够为系统提供惯量响应,支持系统频率稳定。然而,虚拟惯量参数设置影响系统小干扰稳定性,不合理的参数设置可能导致系统失稳。为此,该文提出一种协同考虑系统概率稳定性的风电虚拟惯量参数优化方法。首先,考虑风电不确定性,以满足电力系统频率稳定性约束和小干扰稳定性约束的概率最大为目标,建立风电虚拟惯量参数优化模型。针对概率优化模型的求解难题,通过考虑系统允许最大扰动情况,将频率概率稳定目标转化为解析频率稳定约束;同时利用解析累积量方法推导小干扰概率稳定性的解析表达式。然后,针对概率稳定性目标函数与虚拟惯量参数灵敏度表达式难以直接获得的问题,以阻尼比作为中间变量推导目标函数与虚拟惯量的灵敏度,将灵敏度作为梯度,采用牛顿法对模型进行求解。最后,通过仿真分析验证了所提方法能够在保证系统频率稳定性的前提下有效提升系统小干扰概率稳定性。     

快速评估电力系统频率稳定性的方法

针对动态分析频率稳定性计算费时、无法满足在线应用的难题,从静态分析的角度提出了一种快速评估频率稳定性的方法。该方法以故障后稳态频率或近似故障后稳态频率为评估指标,并以最大故障后波动频率为辅助指标。文中建立的3个指标数学模型均是代数方程,不包含微分方程。这些指标具有计算速度快、符合物理实际的优点,可以满足大型电网实际在线应用的需要。算例仿真结果验证了所提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。     

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。     

考虑电网结构和参数的电力系统惯量分布特性

随着电力系统中新能源大规模接入,系统惯性时间常数下降以及惯量分布不均的特性突显.对此,文中利用节点计算惯量这一指标表征节点阻碍频率变化的能力,进而考虑电网结构和参数分析系统的惯量分布特性.然后,分别对两机系统和多机系统节点计算惯量进行了理论推导,获得了节点计算惯量的解析表达式,并在两机系统、8机36节点系统中对节点计算惯量进行了验证和分析,同时对节点计算惯量进行了灵敏度分析以研究区域间惯量的相互影响.分析结果表明:通过系统参数获取节点计算惯量能够定量表征系统惯量分布特性.