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。

基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测

新能源大规模并网使得新型电力系统的暂态频率响应特征更加复杂,现有频率在线预测方法难以兼顾准确性和及时性。基于此,提出基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测方法。首先,基于长短期记忆网络,离线训练多个具有不同长度时序数据输入的频率曲线循环预测模型;其次,利用参数辨识方法离线建立各发电集群的通用等值频率响应模型,在此基础上构建系统有功-频率物理机理快速分析模型;最后,串行融合前述频率曲线循环预测模型与有功-频率物理机理快速分析模型,并提出“可信度量化评估指标”,实时分析在线预测过程中不同评估时刻下预测结果的精度,自适应调整输入时序数据长度,直至预测结果满足要求并输出。含风电的IEEE39节点系统的仿真结果表明,所提方法在不同风电渗透率或不同扰动下均能快速、准确地预测暂态频率响应曲线,相较于其他在线预测方法具有更优的评估性能。

基于分频器理论的新能源电网暂态频率稳定分析方法

在分析输配电线路频率相关参数时,将频率固定为额定值的时域仿真法是电力系统暂态频率稳定分析的常用方法。然而,随着新能源比例不断提升,电网各节点频率时空分布差异更为显著,已有传统数值微分频率分析方法难以保证分析精度。因此,文中提出一种基于分频器理论的新型电力系统暂态频率分析方法。与传统频率分析方法相比,该方法所得节点频率可随节点间电气距离变化而改变,在暂态过程中可更准确地刻画瞬态条件,实现各节点实时频率准确获取。通过建立简单含风电的三端系统,分析了基于分频器理论的实现方式,通过仿真验证了所提方法的正确性和优越性,可为新型电力系统频率稳定分析和控制设计提供新的思路和参考方案。

弱通信条件下计及暂态频率约束的小水电微电网紧急控制策略研究

小水电作为可再生清洁能源在生态环保、配网建设等方面的重要作用日益凸显,上级电网出现故障失电时小水电可独立自组网运行,提高供电可靠性。文章针对上级电网失电小水电独立组网切换的紧急控制策略展开研究,提出考虑暂态频率约束的“集中决策+就地控制”紧急控制策略,在不同源荷工况下,实现故障瞬间的微电网由并网运行向孤岛运行平滑过渡;集中决策阶段预先决策小水电与负荷开关状态并定期下发开关指令,就地控制阶段实时给出孤岛判别信号并综合集中控制器开关指令进行就地动作,保证弱通信条件下负荷连续供电、频率满足系统运行标准。同时,对频率进行数值积分求解并将其嵌入控制结果搜索过程,有效解决集中决策过程中的频率解析求解困难问题。最后,基于RTDS仿真平台搭建韶关某山区电网的电网模型并验证小水电微电网紧急控制策略的可行性与有效性。

新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述

在“双碳”战略目标下,我国将构建高比例新能源电力系统。高比例新能源电力系统的转动惯量和调频容量降低、故障冲击功率提升,使大电网暂态频率稳定受到威胁。当前的调频控制方法及其所依赖的分析模型难以很好地适用于高比例新能源电力系统。为适应暂态频率稳定要求,需探索新的调频控制方法。为了更好地理解高比例新能源电力系统的暂态频率稳定问题,准备调频应对策略,对暂态频率稳定分析与调频控制方法的研究现状进行综述和展望。首先,归纳现有暂态频率分析模型,然后从系统和厂站2个层面梳理了调频控制方法的研究现状,从分析基础出发归纳不同调频控制方法的适用特性。最后,总结了高比例新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制的特征变化及其影响,并对未来可能的发展思路进行展望。

考虑机组低频保护的电力系统暂态频率稳定评估

频率稳定反映电力系统在大扰动下维持频率在长时间运行可接受范围内的能力。分析暂态频率失稳的机理,认为机组因低频保护跳闸而导致有功平衡恶化是暂态频率失稳的必要条件,定义基于低频保护临界扰动功率的暂态频率稳定裕度指标,指标具有线性特征。为快速评估系统暂态频率稳定性,合理简化原动机-调速系统,推导计及旋转备用和低频减载的频率响应解析解。仿真结果表明,本方法能快速有效评估系统暂态频率稳定性,指导系统安全稳定运行。

风电场暂态频率电压支撑能力评价指标体系

为实现风电场暂态频率电压支撑的精准控制,文章在新能源接入对系统频率和电压稳定性的影响机理基础上,分析了高比例新能源的电力系统频率和电压失稳的原因,提出了评价风电场暂态频率支撑能力及暂态电压支撑能力的指标。算例分析表明,文章提出的指标体系有效评估了风电场的暂态频率电压支撑能力。

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。

与VSC-HVDC连接的弱电网暂态频率偏移定量计算和调整方法

针对电压源换流器型的高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)连接弱电网时,若逆变站采用定有功控制方式,由于受端电网旋转惯量较小而产生扰动下暂态频率偏移较大的问题。该文采用了一种虚拟转动惯量控制策略,将VSC-HVDC的逆变站模拟为同步发电机,以增加受端交流系统的转动惯量,为受端电网提供动态频率支持。进而,建立了系统的频率响应模型,给出了最大暂态频率偏移计算公式,并提出了暂态频率调整方法。利用PSCAD/EMTDC软件对3种扰动下不同虚拟转动惯性取值时的系统频率响应进行了仿真比较,仿真结果表明,所提出的设计虚拟转动惯量的方法不仅能够较好的抑制扰动下频率的波动幅度,减小暂态频率偏移,而且所占用的逆变站容量较小。

暂态频率偏移可接受性的定量分析

指出暂态安全性分析中应该考虑暂态频率偏移可接受性 ,提出用一组二元表来描述暂态频率偏移可接受性 ,给出定量评估暂态频率偏移可接受性的裕度指标。阐明暂态频率偏移可接受性与暂态电压安全及暂态功角稳定三者之间的关系 ,提出暂态频率偏移可接受性的极限搜索策略 ,实现了暂态频率偏移可接受性的定量分析。通过实际系统的大量算例验证了算法的有效性和快速性。

基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化

基于启动频率和动作延时的低频减载方案应用广泛,但传统整定方法的模型高度简化,整定方案较为粗糙,难以适应运行方式变化。以满足系统最大功率缺额为目标,将基本轮启动判据视为暂态频率安全二元表,定量分析暂态、稳态频率约束,提出基于暂态频率偏移安全性的低频减载方案优化整定方法,并考虑电压波动对低频减载方案的影响,将电压波动折算为频率偏移以提高低频减载方案适应性。仿真表明,该方法能准确整定低频减载方案,有效控制系统频率,并给出系统频率稳定信息。

考虑暂态频率特性的孤立电网低频减载方法

针对孤立电网运行频率波动范围较大且负荷有限的特点,提出一种考虑系统暂态频率特性的孤立电网低频减载方法.该方法采用较低的频率启动值及较少的启动轮次;根据实际系统暂态频率特性,对于频率启动值较大的轮次,采用较长的动作时限;并采用最低频率轮先动作其他轮间并行或的动作逻辑;且在特殊情况下,采用低频减载与快速连切负荷相结合的措施确保系统频率稳定.应用实例分析表明该方法能在很大程度上提高低频减载的有效性,避免低频减载装置无谓动作,有利于孤立电网运行的安全稳定.

含VSC-HVDC电网扰动后暂态频率解析模型

通过附加频率控制,柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)参与电网调频,其快速控制特性可改善调频效果。文章基于潮流模型,计及同步发电机转子运动方程及调速系统,推导发电机转速与负荷扰动关系;考虑VSC-HVDC附加有功-频率下垂控制,提出电网暂态频率解析模型。IEEE 14节点算例分析表明,VSC-HVDC确实可改善暂态频率;量化解析模型和时域仿真结果误差验证了前者的准确性;比较两者误差计算时间,验证解析模型计算效率;修改VSC-HVDC附加控制器参数,验证解析模型在不同运行条件下的适用性。

高渗透率光伏并网对系统暂态频率稳定性影响的量化评估

文章从光伏机组暂态特性和并网保护策略两个角度,研究光伏机组自身运行特性、保护控制特性、故障穿越特性对暂态频率稳定性的影响。根据二元表判据划分频段并给予权重系数的思路,考虑光伏机组暂态特性,结合系统频率安全运行要求和光伏机组保护措施,细化了各频段的权重系数,构建了计及扰动瞬间频率偏移量的频率稳定裕度指标。在仿真软件中,搭建配有储能装置和不同并网保护策略的光伏电站模型,以及基于IEEE39节点系统的含不同光伏占比电网模型。仿真分析不同程度负荷扰动下系统暂态频率稳定性。结果表明,改进频率稳定裕度指标提高了高渗透率光伏并网系统频率量化评估的准确性。

利用暂态频率比较的配电网单相接地定位方法

为解决中性点非有效接地配电网单相接地故障定位难的问题,提出了一种比较暂态零模电流频率的单相接地故障定位方法,并借助馈线自动化平台实现。在线路分段开关处安装馈线终端检测零模电流,计算零模电流的暂态分量频率并上报定位主站。主站对各检测点零模电流频率进行分析,根据故障点前后暂态零模电流频率差异较大的特征,确定故障点所在区段。通过数字仿真验证了该方法的正确性和可行性。

调速系统参数对异步联网系统暂态频率稳定性的影响

结合云南电网的电源绝大部分为大、中型水轮机组的装机特点,分析水轮机调速系统对系统暂态频率稳定性的影响,并阐述调速系统的调差系数、调速器响应时间、软反馈时间以及水锤效应时间等参数与水轮机组调频能力关系。以3机9节点系统和异步联网系统为例,仿真了水轮机组调速系统参数对异步联网系统暂态频率的影响。结果表明调差系数越大,系统的稳定性较好。调差系数较小时,系统的频率快速稳定性差;调速器响应时间越大,频率的偏移值最大。调速器响应时间越小,频率变化值减小,系统频率的快速稳定性好;水锤效应时间对系统频率的影响,与调速器响应时间对频率稳定影响规律类似;软反馈时间越大,频率变化幅值越大。软反馈时间减小,频率幅值变化减小,频率恢复过程较快。

小电网暂态频率评估指标及调速器参数影响研究

小电网中的主导发电机对暂态频率稳定有决定性影响。然而,目前小电网暂态频率稳定评估缺乏定量指标。该文借鉴大电网指标,提出了适合小电网频率稳定评估的指标,进一步,结合主导发电机调速系统模型,分析其参数配置、死区、比率、积分、微分控制环节参数对于系统暂态频率稳定性的影响,揭示了主导发电机调速系统参数对小电网暂态频率特性的影响。

风电机组低电压过渡控制对暂态频率及过电压的影响及优化

针对风电大规模接入导致电力系统交流故障引发的暂态频率和暂态过电压问题,分析了GB/T 19963.1—2021《风电场接入电力系统技术规定第1部分:陆上风电》对风电机组低电压过渡的控制要求以及机电暂态仿真用PSASP风电机组模型与参数;提出了特定仿真需求下实测建模工况的考虑原则,根据某厂家低电压过渡实测数据,辨识出关键参数,并以此模型和数据为基础,展开风电机组低电压过渡控制参数对频率和电压暂态特性的敏感性分析。最后结合某地区电网进行了实例验证,并提出风电机组控制策略和模型参数的优化建议。

一种间接测量振荡器暂态频率稳定度的方法

分析了振荡器暂态频率稳定度对上电过程中多普勒无线电引信的影响和危害 ,提出了一种间接测量振荡器暂态频率稳定度的方法。并以某典型产品为例 ,分别在常温、高温和低温情况下用该方法测量了振荡器暂态频率稳定度 ,试验结果验证了该方法的有效性。

基于李雅谱诺夫直接法的电力系统暂态频率稳定分析

基于李雅谱诺夫直接法对电力系统的暂态频率稳定进行了分析,指出系统在大干扰下,频率的暂态稳定性与发电机组的原动机运行在静特性的位置紧密相关,求得了暂态稳定的临界频率和吸引域估计值。分析结果表明,运行在静特性的低频段时,如果系统频率低于临界频率,将发生频率暂态失稳。该研究有助于电力系统设计运行的人员了解系统频率的暂态运行特性,采取措施防止系统暂态频率失稳。