基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算

随着新能源渗透率不断提高以及高压直流电量HVDC的大规模应用,电力系统惯量响应与一次调频响应的能力不断减弱,威胁电力系统的频率稳定。目前的研究工作主要针对于惯量响应的估算、新能源发电参与惯量响应和一次调频的控制策略设计,并未展开电力系统一次调频功率估算的研究。论文提出了基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算。阐述了电力系统频率响应的过程及作用范围。估算电力系统在扰动中惯量响应所提供的支撑功率。根据支撑功率的估算值,计算并绘制一次调频功率曲线。在Digsilent Powerfactory仿真软件中以10机39节点为例进行了仿真分析,验证了论文的参考价值。

基于自抗扰控制的双馈风电场分层无功功率支撑策略

随着风力发电的规模化联网,电力系统电压问题愈发突出。为提高双馈风电场在电网故障下的暂态响应特性,提出1种基于自抗扰控制(ADRC)的双馈风电场分层无功功率支撑策略。首先,描述了双馈异步风力发电机(DFIG)的无功功率边界;其次,设计双馈风电场的分层无功功率支撑策略,在场站控制器中利用自抗扰控制器产生电压控制信号,在机组控制器中采用变增益系数辅助调整电压;最后,使用Washout滤波器抑制暂态过电压,搭建基于EMTP-RV的双馈风电场仿真模型。仿真分析表明,所提控制策略在电网电压跌落时具有良好的支撑效果。

电压控制对构网型变换器频率响应特性影响分析

构网型变换器的虚拟同步环节是影响其频率动态的最主要因素,但构网型变换器内电势的频率并不仅包含虚拟同步环节的频率。对此提出了一种表征电压控制对构网型变换器频率动态影响作用的研究方式。首先类比同步机的频率分析方法,提出了构网型变换器内电势的概念,将变换器的频率通过内电势频率进行表征,进而通过运动方程建模的方法分析了机电时间尺度内交流电压控制在响应有功功率扰动时对频率动态的作用,分析了电压控制参数对构网型变换器有功功率和频率响应能力的影响趋势。研究发现,较大的电压控制比例和积分参数会使得系统频率动态恶化,但变换器的响应性能主要由虚拟同步环节决定。以3机9节点系统和实际区域电网系统的MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算

虚拟同步发电机(VSG)控制策略的复杂性使其呈现丰富的暂态特征,明确VSG故障特性对构网型保护适应性分析与新原理研究意义重大。现有关于VSG故障特性的研究主要围绕对称短路和内电势恒定展开,并未涉及不对称短路场景且未计及内电势变化对短路电流解析计算的影响。针对上述问题,提出一种计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算方法。首先,基于不对称短路时平衡电流和故障限流控制策略,分析不同无功功率参考值影响下VSG内电势的变化特征;其次,基于虚拟阻抗环建立短路电流和内电势之间的方程,明晰内电势变化对短路电流暂态特性的影响;然后,在分析无功功率-电压环动态特性的基础上,建立短路电流和内电势之间的微分方程,通过联立上述方程即可得到内电势和短路电流的解析表达式;最后,通过数字仿真和实时仿真验证了所推导的解析计算式的正确性。

考虑最优转速与桨距角控制的风电场限功率优化控制策略

随着风电装机规模的不断增大,弃风现象在风电并网系统中日趋普遍。针对弃风造成的不可避免的风能损失,文章提出一种考虑最优转速与桨距角控制的风电场限功率优化控制策略。在转子转速控制能满足风电场弃风需求时,最优转速控制以最大化转子旋转动能为目标,确定各风机的有功调节指令,从而减少风能的丢弃;最优桨距角控制在转子转速控制达到极限后实施,在实现风电有功控制目标的同时,以最小化风机桨距角的调节为目标,确定各风机的有功调节指令。仿真结果表明,所提策略能够将一部分风能以动能形式最大化的存储在转子中,并在系统功率缺额时提供最大的瞬时功率支撑,从而最大程度减少频率跌落的幅度和延缓频率最低点到达的时刻。另外,在桨距角控制方面,所提策略能够尽可能减少桨距角的动作,从而减少风机机械部分的磨损。

考虑气热惯性的综合能源系统优化配置研究

电、气、热耦合的综合能源系统中蕴藏着丰富的灵活惯性资源。由于热力系统和天然气系统均具有相似的慢动态特性,都可以针对外界功率波动提供缓冲空间以缓解外部的能量冲击,在电力系统功率缺额场景下协同利用综合能源系统气热惯性,为电网故障提供功率支撑。基于综合能源系统的气热惯性特性分别建立相应的数学模型,提出了考虑气热惯性的综合能源系统运行策略;以运行经济性最优为目标建立了考虑气热惯性的综合能源系统应对功率缺额优化模型,通过实际场景验证了所提策略的可行性。算例结果结合实际运行条件,给出了不同情况下综合能源系统园区气热惯性资源与配置的经济最优解。

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.

考虑气热惯性的综合能源系统备用配置方案

电气热多能耦合的综合能源系统具有多时间尺度特征,其气热慢动态特性蕴含着丰富的灵活性。外部条件变化时,气热系统状态变化相对滞后,可在一定时间尺度内为系统提供功率支撑。针对这一特点,依据气热系统基本原理,定义综合能源系统气热惯性,建立综合能源系统气热惯性功率支撑模型。基于所提气热惯性功率支撑能力,提出一种考虑气热惯性的综合能源系统备用配置方案。算例结果表明,考虑气热惯性的支撑能力使得综合能源备用配置手段多样化,提高了综合能源系统协调运行的灵活性和经济性。

柔性多状态开关改进型下垂控制策略

柔性多状态开关(soft open point,SOP)作为可在配电网中替代传统联络开关的新型柔性一次设备,已成为主动配电网领域的研究热点。针对基于模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter,MMC)的SOP装置,提出了一种改进型下垂控制策略,将具有功率分配特性的可调下垂系数与基于虚拟惯量的惯性下垂系数相结合。该控制策略可以根据换流站输出功率的变化相应地改变可调下垂系数以改善各端换流站的功率分配能力,提高系统稳定性。此外,该改进型下垂控制策略通过直流电容动态方程将系统频率与直流电压进行耦合,通过快速调整下垂系数调节各端MMC的输出功率,实现对弱交流电网的频率支撑,提高系统可靠性。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了四端SOP系统模型,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

考虑元件特性与物理约束的静态等值方法

在难以获得外网实时同步信息,但又必须考虑外网对内网的影响时,采用基于边界处实时状态信息的非拓扑静态等值方法成为解决上述问题的有效途径。该文针对单端口互联电网提出考虑外网元件特性与参数物理约束的静态等值方法,外网对内网电压和功率的支撑作用通过外网中各元件的特性实现。因此,首先将外网主要元件特性尽可能全面地通过合理的等值参数保留在外网等值电路中,提出基于外网元件特性的单端口等值电路;然后,基于该等值电路和边界节点处的多时段实时状态信息建立量测方程,并在分析等值电路参数物理意义的基础上提出带约束的静态等值优化模型。在新英格兰39节点系统中验证了该方法所计算的等值参数符合实际物理意义,且能较大程度地提高静态安全分析精度。

柔性直流输电受端交流侧故障下的控制策略

为了柔性直流输电受端交流侧故障下的电网电压尽快恢复,在详细分析了传统电压裕度控制的切换过程后提出了一种改进的电压裕度控制策略,通过在跌落瞬间的积分清零及给定值调整,缩短了切换的动态过程,减小了直流电压的冲击。同时设计了故障期间的有功和无功协调控制,根据电网跌落深度发出相应的无功电流,剩余的电流容量用于维持故障前的有功水平。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流输电系统的仿真模型,验证了本文所设计控制策略的有效性。

分布式储能系统对特高压直流闭锁后的紧急功率支撑方法研究

为了探索在特高压直流发生闭锁故障后,分布式储能降低交流输电线路潮流峰值和提升直流输电线路运行功率的紧急支撑作用效果,在特高压直流闭锁故障分析基础上,根据分布式储能系统提供有功功率,建立了直流闭锁后分布式储能降低交流输电线路潮流峰值的数学模型;根据功率缺额与频率变化关系,建立了分布式储能提升特高压直流运行功率的数学模型;基于频率变化和惯性响应时间,建立了储能出力动态响应时效对系统支撑效果的数学模型。以特高压交直流混联运行的河南电网为例,开展了分布式储能系统按2种方式响应的仿真分析,验证了分布式储能系统对特高压直流闭锁后紧急功率支撑方法的有效性。

提升双馈风力发电系统低电压穿越能力的跟踪控制方法

为提升双馈风力发电系统的低电压穿越(LVRT)能力,提出一种基于状态相关Riccati方程(SDRE)技术的网侧换流器(GSC)跟踪控制方法。并网导则要求风电场在LVRT过程中须注入一定无功功率支撑电压恢复,为了改进非线性状态调节器在无功支撑能力上的不足,针对双馈风力发电系统的GSC设计非线性无功功率跟踪控制器,并采用SDRE技术求解状态反馈控制律。在维持LVRT过程中直流电压稳定的基础上,该方法能充分利用GSC的无功功率调节能力,为电网提供无功功率支撑以避免电压恶化。最后,在Matlab/Simulink平台搭建9 MW双馈风力发电系统,并在三相接地故障下进行仿真验证,结果显示,所提出的GSC控制方法具有良好的暂态表现,能够有效提高双馈风力发电系统的LVRT能力。

基于多模式协调的飞轮储能系统故障穿越控制方法

飞轮储能是一种具有高动态响应性能的储能形式。在分析电网低电压和高电压故障下飞轮储能并网系统特性的基础上,文章提出适用于该系统的故障穿越控制策略。所提出的控制策略同时适用于电网对称故障和不对称故障,通过多模式协调控制网侧变流器和机侧变流器,可保障电网电压跌落和电网电压骤升期间飞轮储能并网系统能够持续不脱网工作,进而满足故障期间飞轮储能系统向电网提供一定无功功率支撑的故障穿越运行要求。本文通过理论模型的仿真,验证了所提故障控制算法的有效性,并对飞轮储能并网系统的故障穿越能力进行了评估。

LVRT策略对光伏高渗透率电网频率影响分析

光伏逆变器的低电压穿越(LVRT)能力对支持电网安全稳定运行有极为重要的意义,在光伏高渗透率电网中,低电压穿越期间易造成电网较大的有功功率缺额,导致频率下降。分析了目前相关国标主导的LVRT策略控制下光伏逆变器的输出特性,及其低电压穿越过程中对光伏高渗透率电网频率稳定的影响;以IEEE 3机9节点网架为基础,接入光伏电站模型进行了仿真分析,对比了两种典型控制策略下低电压穿越过程中频率的变化,建议加强低电压穿越期间光伏电站对电网的有功功率支撑作用,同时保障一定量值的无功电流和有功电流输出,实现对电网的有功功率和无功功率支撑,改善光伏电站低电压穿越性能对电网的支持作用。

交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

交直流混合微电网是未来电网的发展方向之一。为实现两侧微电网的功率相互支撑,提出了一种新型的互联变流器控制策略。采用双级式互联变流器,解决了在直流微电网电压等级较低时与交流微电网互联的问题,且直流微网电压在较大范围内变化时也可正常运行。针对双级式互联变流器的特点,推导得到交流微网频率与电容电压的数学关系,在功率控制环节采用电压偏差-功率下垂控制策略,实现了两侧子网的功率支撑。PSCAD仿真结果验证了控制策略的有效性。