考虑时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估

针对传统惯量需求评估方法难以准确刻画高随机性新能源接入下电力系统运行方式多变导致惯量需求时空动态变化特点的问题,提出一种考虑时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法。首先通过分析系统惯量需求影响因素,建立考虑新能源渗透率以及虚拟惯量的电力系统频率响应模型;其次,在传统频率响应指标的基础上,引入一次调频恢复频差约束,建立惯量需求评估模型;然后,在时间和空间两方面分别考虑系统参数和节点位置对惯量需求的影响,在不同场景下采用优化方法评估系统惯量需求;最后,分别针对传统电力系统和基于虚拟惯量的新能源发电系统开展算例分析,验证了所提方法的有效性和准确性。

计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求分析

随着新能源渗透率的提高,电力系统惯量水平逐步下降,频率稳定问题日益突出。为保障系统安全稳定运行,新能源机组应提供惯量支撑,该文提出计及频率动态分布性的新能源机组惯量需求的分析方法。首先,从频率稳定角度阐述了对新能源机组提出惯量需求的重要意义;其次,明确新能源机组惯量的定义和计算方法;然后,构建反映时空分布特性的电力系统频率响应模型;再而,提出新能源机组惯量需求的分析方法及流程;最后,基于算例系统验证惯量需求分析方法的有效性。

电力系统惯量需求:概念、指标及评估方法

低惯量运行风险是电力低碳转型过程中的重大问题,已成为制约以新能源为主体的新型电力系统可持续发展的痛点和关键瓶颈。惯量需求评估是实现系统低惯量风险感知与管控的基础。然而,当前惯量需求相关概念仍不明晰,未充分考虑故障类型和电网频率安全防线的影响,致使评估结果不够合理。文中从基本概念、表征指标和评估方法3个层面对电力系统惯量需求分析开展了研究。首先,考虑惯量支撑功率多阶段响应特征,给出了电力系统惯量需求的基本概念,并从能量和时序视角提出了惯量需求的量化表征指标。然后,综合计及故障类型和频率安全控制策略的影响,构建了一种适用于电网频率安全防线体系的惯量需求评估方法及分级机制。最后,以某实际电网为例,基于所提方法对其系统惯量需求进行评估和分析,验证了所提方法的合理性和有效性。

基于系统惯量需求的风储协同快速频率响应技术

利用频率安全预警预估系统惯量需求,并通过风储协同虚拟惯量支撑完成频率快速响应是保障新型电力稳定运行的关键。该文首先分析频率安全约束下的系统惯量需求。其次,分析风、储虚拟惯量响应特性,建立含虚拟惯量风储系统的频率响应模型,并量化系统频率变化特性及惯性响应时间。在此基础上,为完成频率预警,通过风、储运行约束离线评估风、储惯量的储备能力,并根据系统惯量需求,预估扰动参考功率,提出风储协同快速频率响应技术,完成风、储虚拟惯量分配。最后,搭建风电高渗透区域电网仿真系统,验证在所提控制策略下常规发电机组及风储可协同形成多源频率快速响应,灵活满足系统频率安全的设定要求。

考虑最低惯量需求的海上风电与海岛微网频率交互控制策略

海岛微网在与海上风电频率交互控制过程中,海岛微网惯量充裕度处于时变状态,当发生联络线中断等故障后,将严重影响微网运行稳定性。因此,在海上风电与海岛微网交互调频策略基础上,为确保交互调频过程中海岛微网的安全稳定运行,进一步提出了考虑最低惯量需求的海上风电与海岛微网频率交互控制策略。首先,基于珠海万山海岛微网群国家级示范项目,构建海岛微网最低惯量需求评估体系;然次,通过遗传粒子群算法求解微网最低惯量需求,精细化微网惯量支撑稳定裕度,约束海岛微网对海上风电的惯量调控水平;最后,通过算例仿真分析极限扰动及故障下海岛微网的频率响应特性。

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展。风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题。为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究。从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系。针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用。高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比。最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议。

孤岛与并网模式下微电网最低惯量需求评估

伴随高密度分布式电源接入,微电网惯量水平持续下降,频率稳定问题显著。微电网的频率稳定性与其惯量水平密切相关,为此,该文引入微电网最低惯量需求概念,作为判断惯量缺额和充裕度的基本标准,协助微电网调度人员合理安排运行方式。在深入分析微电网惯量特征和频率特性的基础上,给出微电网最低惯量需求的定义,并探讨微电网惯量需求的影响因素。进而,综合考虑负荷需求响应和分布式电源、储能虚拟惯量和一次调频作用,建立确保微电网分别在孤岛和并网模式下保持频率稳定的最低惯量需求评估模型,并设计了优化求解方法。基于IEEE 13节点微电网开展算例分析,测试结果验证了所提方法的有效性和准确性。

计及暂态频率稳定约束的同步惯量经济价值评估

高渗透率新能源接入系统后,保障系统具有充足的在线惯量是维持系统频率安全稳定的关键,同时建立惯性辅助服务市场是解决该问题的有效手段。因此,将同步惯性响应纳入有偿服务,搭建考虑系统最低同步惯量需求约束的定价出清模型,并提出离散变量松弛化的方法,将出清模型转化为凸优化问题。然后,基于边际成本定价法和拉格朗日对偶原理,以最低同步惯量需求约束对应的影子价格来评估其经济价值,为惯性服务定价。最后,以改进的IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为例,对同步惯量影子价格的存在机理、数值影响因素以及同步机组收益进行分析讨论。结果表明,含高比例新能源系统具有建设惯性辅助服务市场的必要性和迫切性。所提方法和仿真结论为惯性服务市场化提供了参考性意见。

基于频率变化极值时间的风电虚拟惯量约束与支撑控制

在系统频率变化极值时间内约束变速风机的虚拟惯量,是提升风电对系统频率主动支撑可靠性的关键。为此,首先分析了风电机组虚拟惯量的可控特性及评估方法。其次,量化风电高比例并网系统的频率变化极值时间,并考虑风机转速及功率裕度,在频率跌落或抬升期间约束虚拟惯量,提高风机惯量评估的可信度。在此基础上,分析系统频率安全下的惯量需求,利用风机转速追踪性能,提出频率变化极值时间内变速风机的虚拟惯量控制策略。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,对所提控制策略进行验证。研究结果表明:变速风机在所提控制策略下能够可靠满足系统调频需求,显著提升其对电网的主动支撑性能。

考虑电网惯量及调频要求的储能配置规划

随着新能源接入电网规模的不断增加,电网灵活性受到了新的挑战,与此同时,在中国东部沿海省份,高比例外受电挤占电源调节空间并威胁电网安全运行,成为当前亟待解决的问题。为此,以高受电比例的高比例新能源电力系统为研究对象,对高比例新能源电力系统的惯量及调频支撑要求进行分析,并提出针对系统惯量和调频能力需求的储能配置规划模型。首先分析系统的惯量及调频能力要求,其次建立储能参与频率响应的运行模型,基于此,提出了考虑电网惯量及调频要求的储能配置模型。最后以高外受电比例的高比例新能源电力系统为背景仿真验证了配置模型的有效性。

考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估

新能源高占比系统带来的低惯量问题已严重影响大扰动下系统频率稳定性,频率各项指标愈发接近安全域边界。为量化系统频率响应能力,明晰系统运行边界,该文在分析系统惯量需求必要性基础上,提出考虑频率变化率(rateof change of frequency,RoCoF)及频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法。在RoCoF约束方面,将静态负荷电压特性引入评估模型,并根据扰动瞬间功率分配机理对大电网动态频率空间分布特征进行量化;在频率最低点约束方面,通过建立含多类型调频资源的系统频率响应模型进行最小惯量评估。根据所提方法,给出考虑我国电网运行特性及稳定性要求的送、受端系统最小惯量评估方法。根据不同频率约束下的惯量不足,给出可行应对措施,并分析各项措施与最小惯量关系,包括直接增大系统惯量、电力电子电源快速调频、降低扰动功率和放宽频率约束等。最后,采用改动的WSCC 3机9节点系统和大电网系统,验证方法有效性和准确性,为保障系统稳定运行及运行方式安排提供理论支撑。

惯量安全域:概念、特点及评估方法

伴随换流器馈入的数量和容量不断提升,电力系统的转动惯量水平正在持续下降。高比例新能源和大规模电力电子装备接入的低惯量运行场景下,系统存在较大的频率失稳风险。该文提出惯量安全域(inertia security region,ISR)的概念,用于揭示能够满足系统频率稳定性的惯量安全区域,使调度运行人员可以快速甄别电力系统惯量的安全阈值和储备情况。在对ISR的维度特点、数值特征进行充分探讨的基础上,构建惯量安全域面周比、惯量安全裕度、惯量储备系数系列指标以提取ISR的特征和对系统惯量进行量化分级。进而,基于所提ISR的定义,建立满足频率稳定约束的惯量安全域评估模型。以IEEE-39节点系统和我国某省级电网进行算例分析,验证所提模型和方法的有效性。评估所得的惯量安全域可作为惯量监测结果的对照基底,用于评判系统惯量的安全裕度和明确其可调空间。