基于滑模变结构的风电机组一次调频算法研究

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制下抗干扰能力弱的问题、引入经典滑模变结构控制器。然后,针对经典滑模变结构控制器导致执行机构存在抖振较多的缺点,提出一种基于sigmoid函数趋近率的滑模变结构一次调频控制算法。最后,通过MATLAB/Simulink对风电机组一次调频进行建模仿真,并与经典控制算法相比,验证了所提算法的可行性,在风速波动和电网故障的环境下,滑模变结构一次调频控制算法更具有效性。

飞轮储能辅助火电机组一次调频及其性能评价

为促进太阳能、风能等新能源消纳,进一步拓宽火电储能技术升级和灵活性改造渠道,助力双碳目标和新型电力系统建设,提出增设储能系统辅助火电机组调频以解决火电机组爬坡慢、机组振荡不稳定等问题。基于国内外研究现状,提出机组以及储能系统荷电状态出力控制策略模型,通过Matlab/Simulink搭建两区域电网进行模拟仿真。结果表明,在阶跃扰动下区域1机组耦合1 MW飞轮储能系统后,峰值降至1.93×10^(-3)pu,降低4×10^(-4) pu,占原频率波动率的9.39%,机组实际出力从2.45×10^(-2)pu降至1.61×10^(-2)pu,降低34%。结果表明,在外界相同扰动条件下,采用飞轮储能辅助火电机组调频可有效减小系统频率波动量,减少汽轮机输出功率波动,提升调频性能。

PV-VSG光伏电站一次调频试验及性能评估方法研究与应用

光伏发电的随机性导致了不同光伏电站出现一次调频性能不足、接入电网频率失稳等问题。而光伏场站的一次调频能力是维持电网稳定性的关键,因此对光伏电站的一次调频能力进行测试与评估具有重要意义。以石城子某光伏电站机组为例,详细介绍了PV-VSG光伏电站实施一次调频的意义、原理及措施,并提出了适用于该光伏电站的一次调频试验技术方案和试验方法。通过频率阶跃及模拟实际电网频率扰动、防扰动性能及自动发电控制(Automatic generation control,AGC)协调的合格率对光伏电站的安全性及稳定性进行评估,具有实际应用价值和推广意义。

计及风力发电机转速安全约束的DFIG一次调频模型预测控制策略

针对传统方法控制双馈感应发电机(DFIG)的调频效果过于依赖参数整定的问题,该文提出了一种基于模型预测控制(MPC),计及转速安全约束的风力发电机参与一次调频控制策略。该方法结合风力发电机动力学模型与频率响应模型建立预测模型,通过线性回归方法变参考值将风力发电机转速的稳定性纳入考虑。相较于虚拟惯性控制等方法将系统频率偏差与转子动能直接关联,该文方法通过建立全新的预测模型,实时统筹考虑整个系统的状态信息,无需反复调整参数,在考虑转速安全性的同时兼顾全局性能。最后,通过实际算例分析验证了该文调频策略的有效性以及相对现有方法的优越性。

基于逐次变分模态分解的飞轮-火电一次调频控制策略

随着新型电力系统的大力建设与推广,火电机组面临的调频压力增大,提出一种逐次变分模态分解的飞轮-火电一次调频控制策略。首先,以飞轮储能和火电机组为研究对象,建立考虑新能源占比的飞轮-火电一次调频模型;其次,将一次调频功率指令利用逐次变分模态方法分解,由火电机组响应分解后的低频功率指令,同时设计飞轮储能下垂优化控制方法,实现飞轮储能与火电机组响应频率变化的协同控制;最后在不同工况下仿真验证,结果表明所提策略可有效避免火电机组一次调频时的频繁出力,减小火电机组响应频率变化时的调控要求,同时可最大限度地利用飞轮储能调频容量并保证飞轮储能调频期间的运行安全,进一步提升了系统的频率响应能力。

基于退役电池分级互备自适应控制的一次调频

目的“双碳”目标下新能源大量并网导致电力系统等效惯量降低、电能供应不确定性增加,给电网频率安全带来挑战。电池储能响应快速、调节灵活,近年来在电网调频中得到广泛关注。考虑到目前新能源汽车发展迅猛,随之而来的是汽车电池大量退役,计及电池配置成本问题,本文开展如何在安全使用的前提下,充分利用退役电池参与到电网调频应用的研究。方法首先,构建退役电池参与电网一次调频的AGC模型,并分析退役电池充放电深度对其剩余寿命的影响,确定其运行的SOC阈值范围;其次,通过设计出力比例系数,将虚拟惯性和虚拟下垂优势最大化,同时以退役电池SOC为切换条件进行分级自适应控制;然后,引入频率偏差分配系数使另一组退役电池参与备用配合,避免一组电池频繁切换充放电状态损耗电池剩余使用寿命;最后,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,设置多组参数并对比。结果仿真结果证明,合理利用退役电池能够有效替代新电池参与到电网调频控制中,对电网频率的稳定性及安全运行提供有效支撑。结论本文所提方案中,退役电池能够有效降低电网最大频率偏差,避免电池SOC越限及频率二次跌落。同时,该方案显著减少了退役电池在负荷波动时的充放电切换次数,有利于延长退役电池剩余使用寿命。

水轮机调速器控制方法一次调频性能分析

水轮机调速器控制方法对一次调频性能影响较大,实际电站中大量存在小频差一次调频性能不合格情况。通过分析水轮机调速器的不同调节模式,提出了一种开度和功率双PID控制方法。搭建了基于非线性水轮机模型的仿真分析平台,分别分析了电站水头变化和不同频差时水轮机调速器不同控制方法的一次调频性能。分析结果表明:开度控制模式在不同运行工况下的一次调频性能指标差异较大,功率调节模式在小频差下会导致一次调频无响应或调节功率不够。变前馈+反馈功率控制方法和开度与功率双PID控制方法的一次调频响应功率与积分电量贡献在不同工况下的一致性较好,不同频差时的功率响应比和积分电量贡献比基本一致。

异步联网下水电站一次调频功能设计与优化

异步联网下机组一次调频功能的合理设计关系到电网频率稳定和电网安全稳定运行。根据国家电网和南方电网对一次调频相关技术要求,阐述了开度模式下和功率模式下水电机组一次调频功能的设计,探讨了水电站一次调频与AGC协调控制策略。研究结果可供复杂电网环境水电站一次调频功能设计参考。

适用于一次调频能力在线监测的锅炉蓄热系数计算方法

锅炉蓄热系数是衡量火电机组一次调频能力的重要参数,实际运行中随着机组工况变化,但目前仿真中多忽略变工况下的蓄热系数变化对调频能力的影响。为准确掌握机组运行中真实的一次调频能力,需要在线确定蓄热系数。基于IEEE标准模型的框架,提出适用于一次调频能力在线监测的锅炉蓄热系数计算方法。建立考虑工质流动与传热过程的锅炉热力系统动态模型。以某1000 MW超临界机组为算例,结果表明所提出的变工况锅炉蓄热系数算法能更准确地描述一次调频过程中热力参数的动态变化。一次调频60 s内积分电量相较于IEEE标准模型减小62.4%。且低负荷下蓄热系数大,蓄热释放速率慢。该方法能根据现场实时数据确定当前工况下的蓄热系数,可应用于一次调频能力在线监测。

新型电力系统下燃煤火电机组一次调频面临的挑战与展望

频率稳定是未来新型电力系统运行的最关键要求之一。中国的能源禀赋决定了燃煤火电机组是最核心、最可靠的一次调频资源。然而,燃煤火电已开始出现一次调频能力不足的趋势。为了满足当前和长远发展的需要,文中综述了燃煤火电在一次调频领域所面临的挑战、研究现状和关键科学问题。首先,总结了新型电力系统发展背景下火电一次调频的4个重要趋势,分析了下一步调频在电网和火电厂运行中的不足,提炼出提高一次调频能力和快速准确模拟调频的关键挑战。其次,从电网和火电厂运行的双向视角,综述了调频能力提升和调频动态仿真的研究现状和存在的问题。最后,结合上述挑战和瓶颈,展望了未来新型电力系统火电一次调频的关键技术问题。

考虑荷电状态一致性的分布式储能电站一次调频控制策略

随着可再生能源比例增加,电网新建储能电站成为提升系统频率稳定性的重要手段。针对电网中分布式储能电站(distributedenergystoragestations,DESS)参与一次调频面临的荷电状态均衡问题,提出了一种考虑荷电状态(state of charge,SOC)一致性的DESS协同控制策略。首先,构建了含分布式储能电站的区域电网调频模型,分析了传统调频控制方法的特点,并讨论了储能在高渗透率新能源电网中的调频及一致性控制需求;其次,分析了电网调频需求与DESS的SOC一致性调整需求之间的耦合关系,设计了基于一致性原理的SOC分布式控制策略,进而构建了兼顾两种需求的DESS一次调频协同控制方法,详细分析了关键控制参数的设计原则与取值方法。最后,搭建典型区域电网模型,结合不同频率波动工况进行了仿真验证,结果表明:所提控制策略可以有效改善电网频率质量,在不增加系统调频负担的前提下实现多个储能电站的SOC一致性调节,减小了DESS集群的SOC越限风险,增强了其聚合控制效果。

飞轮储能辅助火电一次调频技术与应用

大规模新能源并网造成电网频率波动增大,使得火电机组调频任务繁重、动作频繁,加剧了机组老化,飞轮储能辅助火电机组调频能提升机组的调频性能。论述了飞轮储能辅助机组一次调频原理,分析了飞轮储能的出力特性,结合世界最大容量飞轮储能,提出了飞轮储能满功率辅助机组一次调频的控制策略,并应用于我国第一套飞轮储能辅助火电机组一次调频的调试中,验证了控制策略有效性。现场测试结果表明,飞轮储能辅助火电机组一次调频性能良好,采取所提一次调频策略后该机组一次调频动作合格率提升21.26%,一次调频积分电量贡献指数提升3.45倍。飞轮储能辅助火电机组一次调频模式对解决此类问题具有一定指导意义。

计及风电场的飞轮储能一次调频控制策略

随着新能源渗透率的提高,电力系统频率稳定性问题愈加严重。本文提出一种改进飞轮储能辅助风电场一次调频的控制策略,分析风储系统的频率特性和容量配置,风电场采用虚拟惯性控制参与一次调频。由于风电场的输出功率根据自然风速随机变化,可能会导致飞轮长期运行至较高或较低转速的状态,在风速骤变时甚至会引起飞轮转速越限。采用虚拟下垂控制结合模糊规则防止飞轮转速越限,从而弥补风电场在一次调频中的功率缺额。通过仿真分析及实验验证阶跃扰动和连续扰动的工况下的频率特性,得出改进控制策略在阶跃扰动和连续负荷扰动2种工况下最大频率偏差更小、响应速度更快的结论.

基于储能系统多重约束的一次调频策略

基于荷电状态(state of charge,SOC)控制储能系统参与一次调频时,由于储能系统出力约束条件较为单一,因而限制了储能系统的性能。针对此问题提出一种基于储能系统多重约束的一次调频策略。首先,把通过双层模糊控制方法确定储能系统多时间尺度调频死区作为第1重约束条件,避免火电机组与储能电池频繁动作。其次,将SOC作为第2重约束条件,约束因子作为第3重约束条件,基于logistic曲线构建惯性与下垂综合控制模型,约束储能系统出力。最后,通过高精度SOC构建快速均衡函数,缩短SOC均衡时间。通过搭建仿真模型分别在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动的工况下验证所提控制策略有效性。

混流式水电机组一次调频运行区分级划分方法——以拉西瓦水电站为例

混流式水电机组变水头宽负荷一次调频性能,是构建灵活电力平衡体系、保证频率稳定的重要内核。在水电站稳定性试验前提下,本文提出以一次调频电气特性为基准的运行区分级划分方法。该方法以调节时间、稳定时间和积分电量合格与否为分级划分基准,利用区域面积、区域中心和区域综合性能进行系统评价。以西北地区调频电厂拉西瓦水电站为例,通过与实验数据对比验证数学模型。在确认计算准确性基础上,以调频性能为优化目标,探究管径、转动惯量、积分增益等水机电参数对运行区分级划分的影响规律。最后,总结水机电参数对调频性能与运行区的贡献度占比,指出混流式水电机组变水头宽负荷一次调频运行优化的方向。

考虑调频阶段需求的混合储能一次调频综合控制策略

针对频率动态过程中的快速恢复需求,提出一种基于改进惯性响应的混合储能一次调频控制策略。首先,研究电网频率调节的响应特性,对调频的动态过程进行定量分析,揭示惯量特性对频率动态变化性能的影响。其次,从频率恶化和恢复两个不同阶段的需求出发,提出基于不同调频阶段需求的下垂变惯性综合控制方法提升系统的频率动态性能,并从系统稳定性及储能安全运行两个方面给出下垂系数及惯性系数的整定方法。进一步地,给出混合储能功率容量的配置方法。最后,结合不同净功率波动工况进行仿真验证,并根据不同类型混合储能方案进行容量配置比较。结果表明,所提控制策略可有效提升储能的调频控制效果,减小频率越限的可能性,增强系统频率运行的稳定裕量,有一定的技术经济实用价值。

用于新能源一次调频的储能经济配置研究

新能源参与电力系统一次调频时需要解决能量来源问题,配置储能是一种有效的方式。在实际应用中储能配置需要充分考虑物理特性约束、单位成本等多方面的因素,综合比较技术经济性。但是,现有文献所提出的储能系统配置方案通常对运行场景的分析较多,对各类工程约束和储能的实际成本数据则考虑较少。基于储能的实际成本数据,在充分考虑储能系统物理特性及工程设计约束的情况下,对新能源一次调频应用场景下储能系统分布式接入场站的经济性展开了研究。分析了锂电池、飞轮和超级电容3类储能系统的技术特点和设计约束,在此基础上提出了3类储能用于一次调频的配置方法,结合配置方案进行了成本分析和技术经济性比较。

考虑能量恢复的电解铝负荷一次调频自适应控制

大规模新能源接入使得传统调频资源无法满足新型电力系统的调频需求。电解铝作为典型的高载能负荷,其大容量、易调节的负荷特性使其具备极大的调节潜力。文中针对电解铝自身的控制特性,提出一种参数随频率变化的自适应控制策略,通过控制饱和电抗器使电解铝参与一次调频。该策略使得电解铝响应速度较快的同时保持了平稳的出力曲线,并加快了频率的恢复。为保证多次电解铝调频对生产效率、产量的影响较少,文中建立了电解铝参与调频对工艺流程影响的量化模型,并在此基础上提出电解铝参与调频后的能量恢复策略。在保证频率恢复不受较大影响的前提下,尽快使得电解铝回到初始工作状态。最后,通过算例验证了控制策略以及恢复策略的有效性与普适性。

双馈风电机组利用转子动能进行一次调频能力动态估计

通过释放转子动能参与一次调频的风电机组,其一次调频能力随外界工况特别是风速的波动而变化,需要动态估计一次调频能力,从而为电力系统运行规划、控制策略制定等提供依据。基于风电机组参与一次调频的功率转换动态过程分析,提出了计及风电机组转子转速动态变化的一次调频简化解析模型,借助其一次调频能力的解析解,可快速分析风速波动对风电机组一次调频能力的影响;提出双馈风电机组一次调频能力的概率解析描述,利用点估计与Gram-Charlier级数展开,获得了风电机组一次调频能力随风速波动的概率分布特征。仿真验证了所提动态解析模型的准确性和一次调频能力概率估计方法的可行性与有效性。

适用于多种一次调频技术及工况变化的抽汽凝汽式汽轮机数学模型

火电机组是目前电力系统中重要的调频资源,其一次调频能力与汽轮机动态密切相关,但现有汽轮机动态数学模型无法准确反映火电机组在多种一次调频技术以及工况变化情况下的一次调频能力。为准确描述火电机组真实的一次调频动态,该文对汽轮机本体、回热抽汽管道及回热加热器的动态耦合特性进行机理分析,建立适用于主汽阀调节、凝结水节流和高加给水旁路调频技术的汽轮机动态模型;基于机组结构数据及分布式控制系统实测数据,提出跟随工况变化的模型参数在线确定方法;最后,以实际600MW机组为例进行模型验证与仿真分析。结果表明,汽轮机输出功率会受到汽轮机本体和回热系统动态耦合特性的重要影响,且不同工况下机组一次调频能力存在明显差异。该文模型能更准确地描述不同一次调频技术方案及不同运行工况下汽轮机的动态响应特性。