含大规模风电的高压直流送端系统多源协同调频策略

针对含大规模风电的高压直流送端系统异步联网情况下频率易越限问题,提出了一种基于预测模型的多源协同调频策略。分析风电渗透率及高压直流外送功率占比对频率调整的影响,对不同扰动下各种调频措施的协调配合进行探讨。在长时间尺度上考虑高压直流输电的区域控制偏差约束,优化设置风电机组和火电机组的旋转备用容量;在短时间尺度上考虑电力电子器件的快速可控性,动态调整风电机组及高压直流输电的协同调频参数,使系统频率运行在合理水平。将预测模型得到的频率偏差根据大小进行分区,对不同区域采用不同的调频策略,保证送端系统的旋转备用容量合理及频率动态响应指标合规。基于PSCAD/EMTDC平台搭建含风电高压直流送端系统模型,仿真结果验证了所提策略的有效性及准确性。     

基于风电机组频率主动支撑的多时间尺度调频控制策略

针对大规模风电经特高压直流外送系统送端惯量降低、调频能力下降等问题,提出了一种双馈风电机组与同步机组共同支撑送端系统频率的多时间尺度协调控制策略,有效提升了系统频率稳定性。根据同步机组调频备用容量与扰动功率分析了不同场景下送端系统的频率调节需求,提出了计及调频死区的双馈风电机组频率主动支撑多时间尺度协调控制策略,通过限幅环节及切换逻辑的合理设计实现了变速控制与桨距角控制的协调配合。基于同步机组备用容量设计了双馈风电机组的调频死区值,使其能够针对不同场景自适应切换惯量支撑和一次调频作用,实现调频资源的优化利用。然后分析了双馈风电机组与同步机共同参与频率调节的动态响应过程,进一步证明其优越性。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了大规模风电经特高压直流外送系统仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

异步联网下直流频率调制及其参数对送端系统频率的影响

考虑原动机调速器及直流频率调制的作用,基于直流潮流法以解析形式推导出在直流频率调制影响下送端系统的频率响应以及调频系统的阻尼比,并在此基础上研究了直流频率调制参与调频及其调频参数对送端系统频率动态特性的影响。最后,分析了异步联网条件下直流频率调制在参与含水电机组的送端系统中,对系统频率变化特性的影响。选取实际云南电网楚穗直流输电工程对所提方法进行仿真,仿真结果验证了直流频率调制抑制送端系统扰动频率峰值的有效性,同时证明了其参与水电调频后可以维持送端系统频率的稳定性。     

大规模风电经LCC-HVDC送出的送端电网频率协同控制策略

针对大规模风电经电网换相型高压直流(LCC-HVDC)送出的送端电网所面临的严峻高频问题,充分挖掘风电潜在调频能力,提出一种风电与直流频率限制器(FLC)参与送端电网调频的协同控制策略。分析直流FLC参与送端电网调频的响应特性,刻画送端电网频率与风电机组功率的下垂关系,设计风电机组变转速与变桨距角相结合的一次调频控制方法。建立包括常规机组一次调频、风电机组下垂控制和直流FLC的频率响应综合模型,结合电网的频率稳定要求,采用灵敏度方法整定风电机组与直流FLC的调频参数,设计风电与直流FLC共同参与的频率协同控制策略。算例仿真结果表明：所提频率协同控制策略可有效降低高频切机、直流过载运行风险,提高送端电网的频率稳定性。     

考虑惯性响应的特高压直流频率协调控制

针对特高压直流送端电网大规模新能源接入带来的频率稳定问题,在直流频率下垂控制的基础上,进一步引入直流虚拟惯量控制,实现了特高压直流惯性响应和一次调频的协调控制。同时,基于直流并网系统的频率响应简化模型,分析了特高压直流参与系统频率控制的机理及对受端系统频率特性的影响;类比传统同步发电机组的惯性响应和一次调频原理,提出了特高压直流频率协调控制的参数整定方法;基于系统的根轨迹,分析了直流频率协调控制参数对送端系统稳定性的影响;基于特高压直流系统的频率控制原理,分析了特高压直流参与系统频率控制的限制因素。然后,基于包含实际特高压直流控制保护系统的RTDS闭环实时仿真系统,对特高压直流在不同频率控制策略、不同控制参数及不同工况下的频率特性进行验证分析。仿真结果表明,相比传统的直流频率下垂控制,特高压直流频率协调控制有效增加了送端交流系统的惯性,改善了系统频率的变化速率和变化幅度,提高了直流系统的频率调节能力。该研究结果为直流频率协调控制在实际特高压直流工程的应用提供了参考和指导。     

适合风电接入的直流输电自抗扰控制策略研究

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,研究高压直流输电(HVDC)自抗扰控制(ADRC)算法策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,HVDC附加频率控制(AFC)作为电力系统一次调频控制;基于自抗扰控制算法的自动发电控制(AGC)作为电力系统二次调频控制;基于风力发电调频技术惯性响应控制为电力系统提供合适的等效惯量,快速响应系统频率的暂态变化。最后,利用Matlab/Simulnk在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所研究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。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

用于大规模集中式风电并网的VSC-HVDC频率控制方法

针对大规模集中式风电并网过程中送端系统频率波动以及电能输送损耗严重等问题,提出一种基于电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)的大规模风电并网系统频率稳定控制方法。VSC送端换流器通过调节脉宽调制(PWM)移相角来控制交流侧电压相位大小,以达到控制线路有功功率传输的目的,从而保证风电并网系统有功功率的平衡及系统频率的稳定,同时通过调节PWM调制比来调节交流电压,使系统电压维持稳定;受端换流器控制直流侧电压的稳定,以保证VSC-HVDC系统的正常运行。通过在Power Factory Digsilent上进行仿真,验证了该控制策略能显著增强系统的频率稳定性。     

多直流异步互联系统中频率限制器的控制策略优化设计

云南电网通过多回直流输电系统和南方电网东部主网异步联网运行,直流频率限制器(frequency limit controller,FLC)在送端系统频率控制中发挥重要作用。在楚穗直流单极闭锁试验中,暴露了FLC与一次调频动作不匹配、直流输电系统长时间处于过负荷运行状态的问题。针对此问题,建立FLC详细的数学模型,通过FLC动态调节过程的分析,阐明FLC不同模型的调节特征,以及与一次调频的协调配合关系。在此基础上,通过时域仿真法研究了FLC备用容量、死区设置对频率峰值和FLC调节量释放过程的影响,提出FLC调频策略的优化设计方案,并基于特征值灵敏度方法重新设计调速器参数,优化其动态性能。采用所提方案能够充分发挥FLC对频率峰值的抑制作用,同时与一次调频配合,保证其调节量的快速释放,实际运行结果验证了优化策略的有效性。     

风电调频的控制参数选择及其影响分析

随着风电在电网中渗透率的提高,友好型风力发电场需要具备类似于同步发电机组的调频能力,为进一步提高系统的频率质量,有必要对风电调频的控制参数及其影响进行深入研究。风电机组的调频主要体现在降低负荷突变初期的频率变化率,同时减小系统稳定后的频率偏差,本文从减载、虚拟惯性、一次调频控制的角度找出了影响调频的控制参数,并定量分析各参数的大小对频率特性的影响。最后建立含风电的三端系统仿真模型,计算了不同的调频控制参数下风电机组的频率特性,仿真结果表明,通过对调频控制参数的合理设置,可有效的提高风电的调频能力,从而提高系统的频率质量。     

计及风电高频保护的送端电网多直流协同频率控制

为解决中国能源与负荷逆向分布问题,大量高压直流输电工程正在建设或已经投运。针对送端电网中可能发生的直流闭锁导致的高频事件,计及风电机组的高频保护约束,研究了进行多回直流协同控制从而抑制电网频率偏移的方法,提出了以各健全直流总功率调制量最小为目标的多直流协同频率控制模型,通过一阶差分近似求解系统最大频率偏移相对于各受控直流功率的灵敏度,优化求解多直流协同频率控制策略。并进一步以某含高比例风电的送端电网为例,验证该方法在送端电网频率控制策略整定中的有效性。     

Multi-task control for VSC–HVDC power and frequency control

A robust control strategy for a VSC–HVDC transmission scheme between two ac networks is presented. The VSC converters at both ends of the dc line are equipped with a multi-task controller that facilitates: power management between the two ac systems, provision of independent reactive power control at the point of common couplings (PCCs) and frequency regulation at the sending-end side. The paper investigate the utilization of VSC–HVDC system to provide frequency regulation to an ac network; this is useful for networks with high penetration of renewables (e.g. wind), and nuclear generation. The proposed control strategies for the VSCs are presented in detail, investigating further the tuning method for the proper operation of the inner controllers. The robustness of the control system is tested under large disturbances. The study is conducted in Matlab/Simulink and results that substantiate the dynamic performance of the VSC–HVDC with the proposed control are thoroughly discussed.     

送端系统对交直流系统输送功率极限的影响

分析了直流输电系统整流侧连接于不同强度交流系统的运行特性,研究了定电流控制下整流侧的功率输送极限。通过分析功率曲线和换相角曲线,指出了送端系统在额定电流控制下能够保证稳定运行,并且发现受换流器换相角的限制,整流侧系统强度越小,直流输电系统整流侧的输送能力越弱;提出了电流调制裕度和短路比之间的关系,指出了能够保证一定功率提升裕度的送端系统最小短路比。通过进一步分析参数变化对电流调制裕度和短路比之间关系的影响,指出在相同的短路比下,换流变压器参数的选取(额定容量和等效电抗等)对送端系统输送功率极限有较大的影响。     

多电源梯级调频方案及风电场级调频时序优化策略

目前,大规模风电接入电力系统面临的主要问题之一是系统的频率稳定性。文中提出一种风电场级一次调频时序优化的工程实用策略,并对风光水火参与系统调频的次序提出了梯级调频方案。首先以云南电网为例,讨论了风光水火不同电源接入电网时的梯级调频方案,在电网发生频率扰动情况下对不同电源参与调频的顺序进行了研究,并提出了风电和光伏机组参与调频的需求。然后分析了调频时间尺度内风电场的功率变化及风电机组层面调频时的有功控制策略。在此基础上,在风电场层面给出了场内风电机组一次调频的投入与退出策略,通过读取风电场内各台风电机组的实时状态与计算系统的调频需求,得出风电场在调频期间需要投入的最小的风电机组台数,在风电场结束一次调频时通过时序依次退出风电机组的一次调频,降低风电场退出一次调频可能会造成的频率二次跌落。最后通过仿真验证了所提出的策略。     

计及频率稳定的多直流异步外送电网切机容量优化

异步互联格局下,送端电网惯性大幅下降,因直流闭锁引发的高频问题较为严重,传统应对高频问题的稳控切机策略存在切机量不精确（过切或欠切）以及切机后系统转动惯量匮乏等风险。针对现有稳控切机方案的不适应性,提出一种计及系统频率稳定需求的多直流异步外送电网切机容量优化模型。模型中耦合大容量直流闭锁故障下各种频率指标约束、网络潮流约束、备用及切机量约束,考虑系统内各类型机组调节性能及位置的差异性,利用理想点法和优序图法得到各类型机组的切机惩罚因子,通过切机综合代价最小化目标确定大容量直流闭锁事故下送端电网的最优切机方案。以改进的IEEE RTS-79系统为例进行了算例分析,验证了所构建模型的有效性与频率适应性。     

特高压直流闭锁引发送端电网过频的系统保护方案

针对无配套电源的特高压直流高比例外送电网面临的运行风险,设计了抵御直流闭锁故障下电网过频风险的系统保护方案。提出了涵盖送端电网风、水、火等电源的系统保护双层结构;研究了面向多对象的实时信息通信复接技术,以满足主站和多个执行站实时通信的需求;根据不同类型电源的特点及对电网安全运行的影响,提出了直流调制和风、水、火等电源全局优化控制策略。基于实际电网仿真验证了所提系统保护方案的有效性和实用性。     

接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略

接入常规高压直流输电(LCC-HVDC)的双馈风电场系统,在直流送端无电压支撑的条件下无法孤岛启动,在传统并网控制方法下也无法稳定运行。为实现系统的孤岛启动及并网后的稳定运行,提出了一种接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略,包括基于分布式储能的电路拓扑、孤岛启动的时序以及启动时序中每阶段系统的控制方法。在电路拓扑中,由配置于若干双馈风电机组变流器直流母线的储能为系统启动提供能量。基于此,风电机组采用空载启动方式,并网后风电机组采用基于无功功率的频率控制,直流系统采用基于有功功率的电压控制,两者共同维持送端交流母线电压及频率稳定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,系统不仅能够顺利完成孤岛启动,而且在正常工况下电压和频率能够维持稳定,从而验证了所提孤岛启动与并网控制策略的有效性。     

风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制

针对单个变速抽蓄调频容量不足和风电场调频后转子转速恢复容易引发频率二次跌落的问题,提出一种风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制策略。首先,当电网发生频率事件时,该策略根据风电场风速和区域内多分布式变速抽水蓄能可调节容量对电网频率提供支撑。然后,针对风电调频后转子转速恢复过程容易引发系统频率二次跌落的问题,在风电转子转速恢复时通过多分布式变速抽蓄提供功率支撑来缓解系统频率二次跌落。最后,以含风电场与分布式变速抽蓄的四机两区域系统为例,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略相比风电场和多分布式变速抽水蓄能独立调频对于系统具有更好的调频效果。     

含风电的交直流互联电网自适应SPMC调频策略

大规模风电接入交直流互联电网,对自动发电控制（automatic generation control, AGC）的控制性能及调频能力提出了更高的要求。在风电参与电力系统调频的基础上,提出基于功率调制控制器(supplementary power modulation controller,SPMC)的区域间功率补偿策略。首先,考虑到高压直流输电（high voltage direct current, HVDC）环节过载率变化的弹性特征,提出一种同时考虑功率与频率变化的自适应动态SPMC策略,使其在参与系统调频时,能有效提升HVDC中功率调整的快速性;其次,在HVDC链路主动参与系统调频的基础上,考虑风电的不确定性,利用综合惯性控制改变风电输出功率,以进一步提升系统调频性能指标。仿真结果表明,所提策略的动态功率调制特性可以有效提升区域间功率传输的针对性,并提高电网调频效果。