计及ROCOF与转子动能的风电机组自适应下垂控制策略

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性,但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。为此,文中提出一种计及频率变化率(rate of change of frequency,ROCOF)与转子动能的自适应下垂控制策略,充分利用转子动能参与调频,确保风机稳定运行。首先,根据系统频率情况,将ROCOF划分区间,通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数,确保风电机组在扰动初期释放更多能量,提高风机对频率的支撑能力,减缓频率跌落速度。然后,引入转速影响因子,根据风机自身运行状态调整下垂系数,防止风机转子失速,避免频率二次跌落。最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建风火联合系统仿真模型验证了所提控制策略有效性。仿真结果表明所提策略在保证风机转速稳定的同时,能有效利用风机转子动能改善系统频率响应特性。

RoCoF下垂控制的直驱式风电系统惯量特性分析

微电网作为新能源消纳的有效方式受到了广泛关注。相比于传统电力系统,由电力电子装置主导的微电网系统,在外界扰动时更容易引起电网频率偏差和频率变化率RoCoF(rate of change of frequency)过大。为此,首先提出了一种基于LPF的RoCoF下垂控制策略,通过耦合RoCoF和母线电容电压,使得在扰动产生时快速释放电容能量来补偿系统不平衡功率,从而提高频率响应的执行速度,能够有效改善RoCoF暂态过程的稳定性。其次,类比传统同步机在机电时间尺度下的动态分析理论,建立了风电系统在直流电压时间尺度DVT(DC-voltage timescale)下的动态模型,基于经典的电气转矩分析方法,揭示了所提模型控制环节对风电系统惯性的影响规律。然后,在同等电容裕量下对不同控制策略进行了对比,结果表明:电容能量释放的快慢,能够直接影响RoCoF的抑制效果,且随着下垂系数Kh的增加和LPF截止频率ωc的减少,网侧逆变器的有功响应速度相应增加。最后,通过实验验证了所提控制方法的有效性和分析结论的正确性。

计及RoCoF的同步逆变器预同步控制及参数设计

同步逆变器采用虚拟同步机控制后,提高了分布式电源对电网的支撑作用,但在并离网双模式动态调节过程中,同步逆变器可能产生过大的频率偏差及频率变化率,文章提出一种计及RoCoF的同步逆变器预同步控制及参数设计方法。首先,以虚拟功率预同步控制结构为例,分析其实现相位预同步的工作原理及方法,建立预同步控制的小信号模型;其次,借鉴IEEEStandard 154号电网同步过程标准,实现预同步控制参数的设计;最后,通过搭建仿真平台,验证预同步控制及设计参数的有效性。结果表明,文章所提的预同步控制方案可快速有效地实现同步逆变器的预同步并网过程,并且设计参数满足频率偏差及频率变化率要求。

考虑RoCoF约束的新能源电力系统惯量分区配置方法

分析了大规模新能源电力系统按分区配置惯量的必要性,并对此给出电压源型换流器采用功率同步控制以配置虚拟惯量的建议。据此,提出一种考虑频率变化率约束的惯量分区配置方法。该方法先将待研究系统按频率响应特性的一致程度进行分区,然后结合分区内部扰动、分区间联络线上功率变化和负荷电压响应等因素计算扰动情况下各分区的最大不平衡功率,从而以分区为单位得到惯量需求并进行配置。最后,基于华东电网规划算例,说明了苏北沿海电网等分区的惯量配置需求,并验证所提惯量分区配置方法的有效性。

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高增加了电网频率控制的复杂度,储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题,但受储能运行的安全性与经济性约束,要求调频措施更具针对性。文中对此展开研究,提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先,在储能辅助电网调频模型基础上,选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法,通过电网频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析,设计基于频率响应特性的调频需求分区规则;然后,根据不同调频需求对应的分区判断,对储能有功输出方式进行动态调整,以响应调频需求的不确定性,并在此基础上,针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系,通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡;最后,仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上,有效降低储能充放电深度。

计及频率差变化率的低频减载方案的研究

通过分析计及调速器的发电机经典模型,推导出频率差变化率与系统有功功率缺额之间的定量关系。简要介绍了基于上述关系的自适应和半适应低频减载方案。设计了基于实时频率差变化率的切负荷自适应方案,并通过在不同负荷缺额下进行切负荷仿真来比较和分析自适应方案与半适应、传统方案的切负荷性能差异。总结出了在不同功率缺额下三种方案的切负荷特性。为更深入研究计及频率差变化率的低频减载效果,单独对不同的自适应方案进行了仿真分析。给出了计及频率偏差变化率的自适应方案在低频减载中的优势,由此得出低频减载方案设计整定中应遵循的规律。

一种新的分布式发电孤岛检测方法

分布式发电系统的孤岛运行可能会给系统、用电设备、维修人员等造成伤害,必须采取一定的措施监控分布式发电系统的运行状态,迅速检测出孤岛的产生并将其切离主电网。在传统被动式孤岛检测方法ROCOF法和VS法的基础上,结合两者的优势,通过适当的整定及其配合,提出了一种新的孤岛检测新方法,并利用PSCAD/EMTDC进行了建模仿真验证。结果表明,该方法在孤岛发生时可以有效地做出判断,并且分析了它在各种可能情况下的准确性和可靠性。

考虑惯量充裕度与频率变化率的互联电网在线频率安全分析

新能源装机占比的快速提高显著降低了系统惯量水平,在线评估电网的频率安全裕度可有效指导系统安全运行。首先在分析系统惯量组成的基础上,提出了考虑负荷特性与外受电水平的电网惯量计算方法,得到了电网惯量充裕度指标与频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)指标。然后基于惯量充裕度指标与RoCoF,分析了故障冲击、外受电水平和马达惯量对系统频率安全的影响,提出了区域电网互供能力分析方法。其次通过仿真验证了指标的准确性,检验了等效惯量和电源出力均具有置换特点。最后提出了电网惯量充裕度在线评估流程及安全运行域分析方法,为指导电网安全运行提供了决策依据。

应用于频率波动电网的改进相位差校正法

针对电网信号基波频率波动时传统相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能产生测量失败的问题,提出一种改进算法。改进算法相对于传统相位差法有4个改进措施:第一,通过对加窗后的频谱表达式进行多项式变换从而加快旁瓣衰减速度,减小了频谱泄漏和各谱线之间的干扰;第二,通过计算频率变化率(Rate of Change of Frequency,ROCOF)对传统相位差法的校正公式进行了进一步的修正;第三,在计算ROCOF时尽量减小采样窗长,提高了ROCOF的实时性以及计算精度;第四,通过两次相位差法减小基波频率波动导致的非同步采样带来的频谱泄漏。分别在基波频率稳定以及基波频率宽范围波动的两种情况下将改进算法进行仿真验证。仿真结果表明,改进算法的电参量测量精度较传统相位差法有大幅度的提升,分析窗长满足IEC标准规定窗长。

高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战。近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达系统低频减载的频率阈值。文中从典型FFR资源、辅助服务产品设计、市场交易和应用实例等几方面总结了国外FFR市场开展现状。结合中国电网应对未来低惯性系统的调频需求,阐述了FFR技术的研究趋势,并为中国FFR市场建设提出了建议和展望。

基于最优线性滤波的PMU测量Ⅰ:最优滤波原理

随着同步相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）测量标准的不断更新和PMU在配电网的应用,更为恶劣的测量环境和更高的准确度要求,使得PMU测量算法面临巨大挑战。最优化方法能够兼顾基波频偏与动态变化、谐波、噪声、直流和带外干扰等因素造成的测量误差,实现测量的高准确度与快速响应的最佳平衡,是复杂条件下PMU测量算法设计极为有效的实现途径。本系列共3篇论文,针对目前应用最广泛的本质为线性滤波的测量机制,建立滤波器频响特性与测量误差之间定量关系,提出最优设计准则,并分别针对P类和M类测量,实现PMU测量算法的最优设计。该文目标是建立最优设计的基本理论。首先通过理论推导,给出基波频偏、谐波、噪声、直流干扰、带外干扰和基波动态等因素下,同步相量、频率和频率变化率引起的测量误差（即总向量误差、频率误差和频率变化率测量误差）与滤波器频响特性之间的定量关系;在此基础上,定义与滤波器频响特性有关的一系列技术指标,由此提出最优滤波器设计准则;最后,通过动态同步相量测量算法和基于泰勒相量模型的加权最小二乘两种典型算法的仿真实验,验证理论分析结果的正确性。

考虑加快电网频率恢复的风电机组自适应虚拟惯性控制策略

传统风电机组虚拟惯性控制的惯性时间常数较大,虽抑制了频率变化率(Rate of Change of Frequency,ROCOF),但也阻碍了频率的恢复。文章提出了一种风电机组自适应虚拟惯性控制,该控制在频率扰动初期能够提供适当的虚拟惯性支撑,同时在频率恢复期间加快频率恢复。首先,文章控制策略在频率跌落或者上升阶段,根据ROCOF的最大值,自适应计算出虚拟惯性时间常数。该值一直保持到ROCOF的极性发生变化,切换至根据ROCOF计算出的虚拟惯性时间常数,此时的ROCOF较小,虚拟惯性时间常数趋于零。故在频率恢复阶段,风电机组退出虚拟惯性支撑,从而帮助频率加快恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果,表明文章所提控制策略能够提供虚拟惯性支撑和加快扰动后频率恢复。

交直流子网双边惯量约束下互联变流器动态功率控制策略

随着虚拟同步发电机技术的广泛应用,混合微电网(HMG)的交直流子网均具有惯量。当惯量特性不同的交直流子网经互联变流器(ILC)互联运行时,子网的动态特性会通过ILC耦合,因此建立了含交直流子网双边惯量的HMG小信号模型,分析了子网双边惯量对HMG动态性能和稳定性的影响规律。针对交直流子网互联后功率振荡和变化率越界等问题,提出一种考虑双边惯量约束的ILC动态功率控制策略;并以HMG动态性能、系统稳定性和功率传输极限为约束条件,优化设计了动态功率控制器的参数。基于StarSim半实物仿真平台搭建了HMG系统,在多种工况下验证了所提出的动态功率控制策略和参数设计方案的有效性和适应性。

频率保护与分布式发电

文章描述了分布式发电并网保护的配置要求,分析了频率保护应用于分布式发电并网保护时所面临的挑战,介绍了频率保护国际标准制定的新进展,提出了下一步需要研究的相关课题。

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。

Reliability Analysis of Repairable Systems Using Stochastic Point Processes

In order to analyze the failure data from repairable systems, the homogeneous Poisson process (HPP) is usually used. In general, HPP cannot be applied to analyze the entire life cycle of a complex, re-pairable system because the rate of occurrence of failures (ROCOF) of the system changes over time rather than remains stable. However, from a practical point of view, it is always preferred to apply the simplest method to address problems and to obtain useful practical results. Therefore, we attempted to use the HPP model to analyze the failure data from real repairable systems. A graphic method and the Laplace test were also used in the analysis. Results of numerical applications show that the HPP model may be a useful tool for the entire life cycle of repairable systems.

新能源电力系统的共模频率分析及其特征量化

分析了功率阶跃后新能源电力系统的频率响应特性,提出了可量化系统共模频率(即频率响应的共模分量)特征的实用方法。首先,提出利用具有统一结构的传递函数模型来描述设备频率–有功功率响应的近似方法,在此基础上形成表征系统共模频率响应特性的简化传递函数模型。其次,基于系统的简化传递函数,获得了描述共模频率最低点和平均变化率等特征的解析表达式,并提出形式简单的"跌落深度系数"及"跌落坡度系数"这两个指标来量化频率的特征。最后,通过算例验证了所提出的频率特征量化方法的有效性。

基于分段频率变化率的风电机组一次调频控制策略

为了便于风电机组参与一次调频,提出了一种基于分段频率变化率(ROCOF)的风电机组一次调频自适应控制方法。将ROCOF分为3个区间,在ROCOF小和中两区间内采用变下垂综合惯性控制,在大区间采用改进短时功率增发控制。在改进短时功率增发控制中,设计了功率整形函数来调节风电机组功率增发量,从而适应不同的ROCOF值。采用含双馈风电机组的四机两区域模型验证所提策略的有效性,在不同扰动场景下,将基于ROCOF的自适应控制方法与自适应惯性控制方案进行比较,结果表明前者的调频性能优于后者。

电网系统中基于频率变化率的孤岛效应检测

近年来,分布式发电迅速发展并成为电网的关键技术之一,然而也引发了孤岛效应等稳定性威胁。电网系统的运行状态监测,及时诊断孤岛效应等稳定性威胁,对维护系统稳定、电网管理策略研究具有重要意义。首先,提出了一种基于信号辨识的孤岛监测方案,以频率变化率(RoCoF)表征电力信号的频率波动剧烈程度,作为检测其孤岛、判断系统故障发生的重要依据。然后,分别利用正交锁相环(QPLL)以及插值离散傅里叶变换结合无迹卡尔曼滤波器(IDFT-UKF)的方法设计估计器,实时跟踪信号频率及其变化率。通过深入分析二者的特性与调解律,针对实际电网系统工况,设计鲁棒诊断策略,并通过仿真实验验证其有效性。

Decentralized Primary Frequency Regulation for Hybrid Multi-terminal Direct Current Power Systems Considering Multi-source Enhancement

Hybrid multi-terminal direct current(MTDC)transmission technology has been a research focus,and primary frequency regulation(FR)improvement in the receiving-end system is one of the problems to be solved.This paper presents a decentralized primary FR scheme for hybrid MTDC power systems considering multi-source enhancement to help suppress frequency disturbance in the receiving-end systems.All the converters only need local frequency or DC voltage signal input to respond to system disturbance without communication or a control center,i.e.,a decentralized control scheme.The proposed scheme can activate appropriate power sources to assist in FR in various system disturbance severities with fine-designed thresholds,ensuring sufficient utilization of each power source.To better balance FR performance and FR resource participation,an evaluation index is proposed and the parameter optimization problem is further conducted.Finally,the validity of the proposed scheme is verified by simulations in MATLAB/Simulink.