Primary frequency control considering communication delay for grid-connected offshore wind power systems

Offshore wind farms are becoming increasingly distant from onshore centralized control centers,and the communication delays between them inevitably introduce time delays in the measurement signal of the primary frequency control.This causes a deterioration in the performance of the primary frequency control and,in some cases,may even result in frequency instability within the power system.Therefore,a frequency response model that incorporates communication delays was established for power systems that integrate offshore wind power.The Padéapproximation was used to model the time delays,and a linearized frequency response model of the power system was derived to investigate the frequency stability under different time delays.The influences of the wind power proportion and frequency control parameters on the system frequency stability were explored.In addition,a Smith delay compensation control strategy was devised to mitigate the effects of communication delays on the system frequency dynamics.Finally,a power system incorporating offshore wind power was constructed using the MATLAB/Simulink platform.The simulation results demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed delay compensation control strategy.

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.

新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望

随着以风电、光伏为代表的新能源发电逐步取代同步机组,系统调频资源不足、抗扰动能力下降,频率安全问题凸显,新能源场站提供快速频率支撑成为构建新型电力系统的必然要求。新能源场站快速频率支撑是其内部多设备、多环节综合作用的结果,受风光资源、控制策略、电网条件等多因素的影响和制约。量化评估新能源场站的快速频率支撑能力是指导场站调频优化控制、分析新型电力系统频率响应特性、实现场站调频资源与电网交互的基础和前提。文中对新能源场站快速频率支撑能力评估问题进行了全面综述。首先,分析场站快速频率支撑的特征,并给出了场站快速频率支撑能力的定义;然后,从状态属性、控制特性、调频效果3个维度梳理了场站快速频率支撑能力的评估指标体系,并对各类评估指标的常用计算方法进行分析评述;最后,提出了值得关注和进一步研究的关键技术问题。

风电场参与电网调频的多机协同控制策略

【目的】考虑风电场中不同风况下风电机组参与一次调频能力的差异,在下垂控制和惯量控制策略的基础上,对机组的调频能力评估方法进行优化。【方法】提出了一种改进的多机组调频参考功率协同控制策略。【结果】引入多机组协同控制方法能够有效改善机组之间调频参考功率的分配,从而有效调节各机组参与系统一次调频的程度。在惯量控制和下垂控制的基础上引入改进的协同控制策略,依据机组在实际风况下运行的状态,评估机组能够有效参与一次调频的参考功率。引入调频能力系数能够实现调频功率参考值在各机组之间按能分配。【结论】协同控制策略能够有效保护风电机组转速,同时能够有效改善电网频率响应。

一种效率优化的高频PFC控制方法

为提升空调器电控的功率密度,需提升开关器件的工作频率,从而减少无源器件的体积。基于功率因数校正(PFC)的工作原理,分析PFC高频化后功率器件发热的根本原因。通过改善控制方法以及选取更加匹配的功率器件降低功耗,并采用一台具有7.2 kW制冷能力的空调器作为PFC的负载进行实验验证,结果表明,与现有技术方案相比,采用改善的控制方法以及设计方案后PFC电路的IGBT温度能够降低15℃以上,快恢复二极管温度能够降低10℃以上。

无输入电压检测的高频PFC技术及应用研究

为了解决家用空调室外机谐波干扰和满足负载对直流电压的需求,驱动板一般采用单相Boost型功率因数校正电路(Power Factor Correction,PFC)。随着功率密度要求的提升,对板载小感量高频PFC技术的需求日益紧迫。提出一种无需输入电压检测的高频PFC控制方案,通过电感电流锁相环控制完成对输入电压相位的跟踪,采用双闭环控制算法完成仿真与实际验证。对比传统的方案具有省略输入电压采样,电路更优化,算法更简便等优势。最终应用在3 P柜机空调上进行验证,其额定运行时功率因数均可达到0.99以上,谐波电流满足国标要求,可靠性试验等验证满足实际使用要求。

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。

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。

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。

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。

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。

纵深防御理念下的核电机组调频能力深化研究

通过调研总结了国内、国外核电机组在调频方面的设计和运行经验,以国和一号调频能力深化研究为例,提出了开展核电机组调频能力优化评估的基本思路:首先是确定调频能力的优化目标;然后基于优化目标开展可行性评估,包括全寿期内反应堆冷却剂压力边界的完整性,控制棒和控制棒驱动机构的使用情况,以及运行中可能的技术风险;最后基于核安全纵深防御的理念提出了调频运行相关的安全改进措施,包括调频运行的投运和退出限制条件。深化研究表明,以包络EUR、URD和我国火电机组下限调频能力要求为优化目标,并考虑必要的纵深防御安全措施,国和一号具备进一步开展调频能力优化的技术可行性。

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。

面向电网最大频率偏差的风电机组短时频率支撑最优策略与机理

当电网出现有功缺额并导致频率跌落时,风电机组可以通过释放自身轴系动能为电网提供短时频率支撑(short-term frequency support,STFS)。如何利用有限的风电机组轴系动能最大限度地支撑电网频率,是当前研究的热点问题。针对风电机组可释放动能和电网频率变化率约束下的电网最大频率偏差最小化问题,该文提出一种基于有功功率互补控制(active-power complementation control,ACC)的风电机组STFS策略,揭示STFS过程中风电机组的最小动能释放机理,并证明采用ACC释放全部轴系动能的STFS策略为上述问题的最优解。最后,基于含风电的电网动模实验平台的实验结果验证该文提出STFS策略的可行性与频率支撑效果。

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。

计及灵活经济环保运行的火电-飞轮储能系统容量配置与调频参数协同优化

提出了一种计及灵活经济环保运行的火储系统容量配置与调频参数协同优化方法。首先,设计了一种基于低通滤波自动分配火储功率和考虑储能荷电状态自恢复的火储联合一次调频协调控制策略;综合考虑系统调频性能、投入运行成本、污染物排放等,建立了火储容量配置与调频参数协同优化模型,并给出了基于粒子群算法的求解方法。最后,以某火储系统为例进行仿真验证。结果表明:协调控制策略和协同优化方法具有有效性。

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。

单周期控制PFC变换器的输入电流畸变研究

分析单周期控制单相功率因数校正(power factor correction,PFC)电路中传统单边调制方式对输入电流波形的影响,揭示输入电流中低频奇次谐波与调制方式之间的关系。在此基础上,提出以三角波作为载波的双边调制方法,使得开关周期内电感电流上升与下降的过程都得到控制,从而摒除了单边调制带来的输入电流低频奇次谐波,提高了电流质量。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性,验证了双边调制单周期控制功率因数校正的可行性。

能量视角下电力系统暂态频率问题初探

随着电力电子设备比例不断升高,电力系统暂态频率问题日益凸显。针对当前暂态频率安全判定条件不明确、低惯量条件下保证暂态频率安全的控制方法不清晰的问题,该文对暂态频率问题进行梳理,明确暂态频率问题本质,从能量角度出发给出暂态频率安全判定条件,并初步探究了能量视角下的暂态频率控制方法。首先,对暂态频率问题的组成及各部分的历史、本质和主要约束进行溯源,讨论其演变过程;辨析了惯量和一次调频的能量源、响应形式,从能量角度剖析两者的关系及相互作用,给出能量视角的暂态频率安全临界条件;最后讨论了能量视角的惯量能量和调频能量,初步探究了一次调频能量最优调用策略,给出一种暂态频率控制思路。