计及调速系统详细模型和调频备用的大扰动下频率最低值预测方法

随着新能源占比的提升,系统惯性降低、调频资源减少,系统频率稳定问题严峻。因此在新型电力系统运行方式多变的背景下,如何快速精准评估大功率扰动下系统频率安全指标显得尤为重要。其中频率最低值指标由于与多种参数存在高度非线性且无法显式表达的量化关系而难以实现快速准确预测,是频率稳定安全指标评估的研究重点。然而,目前频率最低值快速预测方法难以考虑调频备用的影响。为此,基于系统频差曲线抛物线近似的假设,对平均系统频率(average system frequency,ASF)模型进行开环解耦,进一步得出系统频率最低值时间与调速器输出功率之间的量化关系,最终实现考虑调频备用容量的频率最低值快速预测方法。该方法在小系统和ACTIVSg2000算例上的预测精度分别为99.28%和97.71%,算例结果证明了算法的有效性。该方法对频率安全约束下机组组合、频率稳定控制措施的有效性评估以及频率稳定约束下系统新能源运行承载能力评估等问题具有重要意义。

考虑频率二次跌落的风电机组调频控制研究

该文首先分析系统经典响应模型和传统火电机组内部的延时过程,并提出一种考虑协同火电机组的一次调频策略改善系统一次调频效果,其中风电机组配合同步发电机组内部惯性延时过程。为有效利用可用的转子动能储备找到最佳调频系数大小,使用粒子群优化算法(PSO)针对稳定风速情况下的风电机组输出进行优化,满足系统条件限制(例如频率最低点、频率变化率ROCOF等),决定调频系数Kc值大小和具体退出时间。并利用分段能量降幅信号作用于变流器控制来提升转子转速恢复,从而减小频率二次跌落深度。最后在Matlab/Simulink仿真软件建立的四机两区电网模型中对所提方案进行验证,为新能源参与系统频率调节提供基础。

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略.在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平.在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性.最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力.

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。

微电网孤岛运行时的频率控制策略

提出了一种基于同步发电机机电暂态数学模型的新型微电网逆变电源,即虚拟同步发电机。详细分析了将传统电力系统中集中式频率控制引入微电网的可行性。微电网孤岛运行时,将虚拟同步发电机分为非调频发电单元和调频发电单元,前者既能按照功率调度指令发电,又能参与一次调频,缓解扰动情况下系统频率的波动,后者提供微电网参考电压,并利用二次调频实现频率的无差控制。还指出了分散式频率控制存在的问题,并给出了集中式频率控制的基本结构。Matlab/Simulink的仿真结果表明了该控制策略的正确性和可行性。

地区电网火电机组孤网运行频率控制策略研究

地区电网在面对孤网工况时,机组如何进行频率调节以保证系统的稳定运行一直缺乏系统的指导。针对这一问题,在深入研究孤网运行形成时频率动态响应的基础上,提出了一种考虑孤网运行频率特性的控制策略。首先根据孤网运行的频率特性建立了适应孤网运行的仿真模型,并仿真分析了影响机组孤网运行频率响应的主要因素;然后提出机组孤网运行的一次调频和二次调频策略;最后以频率控制策略为指导进行了实际孤网试验,试验结果表明了该控制策略是正确有效的。所提出的频率控制策略适应性强,可作为各类型火电机组面对孤网工况时的控制指导。

电力网络调频容量释放过程及其指标体系

对IEEE30节点算例系统进行仿真并建立了调频容量释放指标体系,分析了调频备用容量的释放是否能满足系统要求和调频容量释放过程中的受阻原因。提出的指标体系能反映网络负荷跟踪能力,识别调频备用的有效性,可为调度员调频备用提供必要信息,能对一、二次调频过程中的差异进行解耦量化,可为电力市场环境下调频服务合理付费提供依据。

变速风力发电机提供调频备用容量研究

提出一种新的调频控制策略,它利用变速风力发电机快速功率控制能力主动提供一次调频备用容量。该策略通过风力发电机的卸载运行,即使在风速大范围变化,也能够确保一次调频备用容量。在低风速时风电机组作为飞轮(旋转备用)电机运行,利用存储在涡轮叶片的旋转能量提供短期有功电力支持;在中风速时根据卸负荷最佳功率提取曲线运行风力发电机,建立电力储备;在高风速时采用桨距控制或修改转速设定点保持在满负荷时合适的电力储备。仿真实验证明该策略能有效地控制备用容量,实现变速风力发电机对系统频率的控制。

柔性直流输电换流站的同步电机模拟特性分析

简要介绍了柔性直流输电换流站的同步电机模拟控制策略,通过在传统下垂控制中专门加入一阶惯性环节实现了换流站的同步电机模拟。换流站不仅可以实现一次调频的静态特性,还能够模拟同步发电机的转子运动方程。对同步电机模拟控制策略进行了理论分析,指出了各控制参数对换流站特性的影响。通过将频率偏差的积分值加入到换流站的有功功率指令中,换流站可以实现二次调频功能。在PSCAD/EMTDC软件中建立了双端柔性直流输电系统的详细仿真模型,通过2个仿真案例下的多个复杂工况的仿真,验证了换流站在同步电机模拟控制策略下,具有增加系统惯性、提供频率支撑等功能,可以显著提升换流站适应电网复杂工况、安全穿越电网故障的能力。

储能支撑光伏参与电网一次调频的优化控制策略研究

针对通过电力电子接口并网的光伏发电不具备调频能力的问题,提出了储能支撑光伏参与电网一次调频的优化控制策略,以提升高比例光伏接入电网时的频率稳定性。首先提出一种跟随系统出力及频率偏差变化的光伏可变减载调频策略,然后又提出了基于SOC和调节因子反馈的储能自适应控制策略。其中:下垂控制基于Logistic函数,利用SOC分区进行自适应调节,在充放电区间内各设置一个函数;正、负虚拟惯性控制利用频率偏差变化函数作为调节因子,结合频率变化率及SOC变化特点进行设置。在频率变化初期,由储能提供惯性响应,光伏利用可变减载运行和储能联合参与一次调频,从而实现储能支撑光伏并网的频率稳定性。利用在PSCAD中搭建的模型进行仿真验证表明,文章所提出的策略能够发挥储能和光伏综合调频潜力,提升系统频率稳定的支撑能力。

考虑暂态频率偏移的一次调频旋转备用优化方法

对一次调频中起作用的旋转备用优化配置进行了研究,提出了一种考虑暂态频率偏移的优化方法。该方法先通过离线分析计算出每台机组在一次调频过程中允许承担的最大有功,然后综合考虑每台机组的一次调频旋转备用成本和转动惯量,给出系统一次调频旋转备用的优化配置方案。另外,还针对不同旋转备用配置对系统暂态频率偏移的影响进行了分析。最后对某实际电力系统进行了仿真,仿真结果证明了所提算法的有效性。

考虑系统频率二次跌落的风电机组辅助调频参数确定方法

随着以变流器接口并网的新能源比例不断提高,电力系统一次调频能力降低,频率稳定受到威胁。风电机组通过在并网变流器附加综合惯性控制实现辅助调频。然而,风电机组提供频率响应后,转子转速恢复可能给电力系统带来频率二次跌落危害。现有辅助调频参数设置多从风力机组自身调节能力出发,缺少考虑与系统的耦合作用。首先研究风电机组调频控制参数对系统一次调频的影响机理,分析参数整定的制约因素,然后根据一次调频综合评价指标来确定参数的取值范围。最后,设置了不同风电出力占比的仿真场景,探究参数在不同风电出力占比下的取值规律。

促进调峰的大规模风电调频备用容量动态配置策略

针对当前风电调频备用容量长期闲置、未充分服务于电网运行的问题,深化研究大规模风电调频备用容量优化配置方法,对于电网调频能力、风力发电经济性、电网调峰方面均具有重要影响。基于此,研究大规模风电参与一次调频的备用容量优化配置策略。根据日负荷预测曲线,在波峰时段设置较大调频基点功率、波谷时段设置较小基点功率,其他时段按照与波峰负荷比例设置基点功率,从而可在一日各时段配置风电调频动态备用容量;根据确定的各时段动态备用容量,求解基于转速控制或桨距控制一次调频策略的参考转速和参考桨距角,使风电机组在任意风速下(额定风速以上/下)动态调整一次调频备用容量。算例分析结果表明,在大规模风电并网场景中,所提策略不仅能保证电网调频需求,还能有效促进削峰填谷效果和提高风力发电经济性。

基于有功备用的风电机组一次调频能力及调频效果分析

变速风电机组采用超速和变桨调节实现有功备用,通过下垂控制增发有功出力,可参与电网一次调频。基于风机出力对频率变化的增量,定义有无风电调频下的稳态频率偏移之差,以量化风电机组对减小频率偏移的贡献。发现风电调频能力与风电容量比例、风能大小、减载水平有关,调频效果与同步机组频率响应特性和电网负荷增量有关,确定了充分利用风电备用容量的负荷临界增量。稳态和动态仿真结果验证了不同风速下有功备用风电机组对电网频率的调节作用,发现高风速下风机动态过渡过程要比中低风速时快速。

南方电网特殊时段频率控制

研究了南方电网近两年特殊时段出现的系统频率大幅频繁波动现象。指出特殊时段负荷异常变化及电网二次调频控制策略设置不合理是导致频率频繁波动的原因。提出合理分配水火电一次调频备用、有针对性设置二次调频控制参数、加入人工干预以及控制各控制区送受电网损偏差共4项应对特殊时段频率波动的控制措施。实践结果证明,提出的控制措施可有效抑制频率的大幅频繁波动,是保证特殊时段频率质量的重要手段。

考虑稳态频率约束的含高渗透率风电的孤立电网机组组合

孤立电网具有各次备用容量小、自平衡能力差的特点。为了提高风能的利用率,在保障稳态频率约束的前提下,采用综合利用一、二次备用的方法。提出了考虑稳态频率约束的系统最大可调备用容量的概念,建立了考虑稳态频率约束的机组组合优化模型。以常规机组发电成本最小和系统消纳风能最大为多目标,并通过扩展ε约束法对模型进行求解。改造后含高渗透率风电的孤立电网10机系统的计算结果表明,所提模型通过有效利用系统中各次备用,在满足系统稳态频率约束的同时,有较好的经济性以及风电的消纳能力。

火电机组调频机理研究

根据火电机组调频的基本概念,分析了火电机组调频机理,纠正了对火电机组协调控制系统调频的不正确提法。指出协调控制系统的调频是二次调频,而非一次调频;汽轮机数字电液调节系统既设有一次调频又设有二次调频。协调控制系统调频的实质是平移汽轮机调速系统的静态特性,汽轮机数字电液调节系统一次调频的实质是改变汽轮机调速系统静态特性的斜率(转速不等率),两者调频机理不同。正确理解两者的调频机理,有助于火电机组调频功能的投入,有助于电力系统的安全经济运行。

超(超)临界燃煤机组一、二次调频研究与应用

针对超(超)临界燃煤机组的工艺特点和控制难点,系统地分析了影响机组一、二次调频的主要因素,提出按照机组响应特性设定非线性、时变的滑压定值曲线,设计了带有多输入多输出控制加速器的变参数协调控制系统,在实际工程应用中取得了良好的效果。

水轮机调速器与电网负荷频率控制 (二)电网负荷频率控制仿真研究

在现代电力系统中,水轮机调速器已成为水轮机控制系统的控制核心。文中叙述了水轮机调速器与电网负荷频率控制之间的关系,分析了调速器在电网一次调频、二次调频中的作用、静态特性和动态特性;通过建模、仿真及现场试验,提出了机组并联于大电网工况下的调速器PID参数整定范围和应有的机组功率控制模式。

水轮机调速器与电网负荷频率控制 (一)水轮机控制系统的建模及仿真

基于 MATLAB SIMULINK 软件建立了水轮机控制系统仿真模型，进行了水轮机调速器常 规的电站试验项目仿真，在现场试验的基础上，对电网一次调频、二次调频特性进行了仿真研究及 比较。