协调AGC与PFR的水电机组有功/频率联合控制策略及应用

电网频率在系统扰动发生后将持续波动,机组一次调频(primary frequency control, PFR)与自动发电控制(automatic generation control,AGC)将先后动作,AGC与PFR作为系统频率调节的主要手段,二者协调动作对频率稳定至关重要。近年来电网实际扰动和水电机组现场试验多次出现了机组AGC与PFR不协调的现象,AGC反向调节PFR,或者PFR动作闭锁AGC(含闭锁反向AGC)调节的现象十分普遍。基于系统计算分析及机组调试发现的问题,提出了一种多模式适应的监控系统有功/频率联合控制系统模型结构,通过在监控系统有功控制结构上设计调频修正逻辑,可实现当频率变化时实时计算调频功率目标值以动态修正监控系统功率给定,实现AGC和PFR的指令叠加。同时为提高监控系统有功/频率联合控制的适应性,在监控系统新增的调频修正逻辑可设置2套独立参数,以匹配调速系统大/小网控制模式。该策略已在白鹤滩等20余台水电机组示范应用,从机组投产至今保持安全稳定运行,解决了水电机组PFR与AGC协调难题。在高占比水电系统及水电高占比新型电力系统中,该策略可以保障水电机组稳定、足量贡献一次调频和二次调频功率,对维护系统频率稳定具有重要意义。

基于分段控制的双馈风电机组有功-频率控制

为缓解大规模风电并网给电力系统频率带来的不利影响,在考虑风力发电经济性的前提下,使风电机组具有类似常规机组的调频特性,以改善含大规模风电的电力系统的频率稳定性,提出一种基于分段控制思想的双馈风电机组有功-频率控制策略,将风电机组有功-频率控制分为4段:卸载运行段、调频段、最大功率运行段及脱网运行段。研究采用该策略的控制模型参数整定问题,进而分析采用该控制策略的双馈风电机组的调频能力,探讨风电渗透率及负荷变化幅度对其调频效果的影响,在此基础上得出双馈风电机组的有功-频率特性。仿真结果验证了所提有功控制策略的可行性与有效性。

孤岛方式下基于多代理系统的微电网有功-频率控制

提出基于多代理系统的微电网框架。建立了由微电网控制代理、局部控制代理、分布式能源代理及负荷代理组成的多代理控制系统,并对各种代理的具体功能进行了详细分析。当微电网与大电网并网运行时,总控制代理利用线性化模型实现快速控制的同时进行经济优化;当处于孤岛模式下,总控制代理切换到紧急模式,调节分布式能源的功率,在必要时切除部分负荷保证系统的稳定安全过渡。通过测试网络的仿真表明,在孤岛模式下,基于多代理系统的控制策略可以有效地恢复微电网的频率。

基于二自由度有功/频率控制的中频逆变器并联系统仿真研究

针对传统下垂控制方法中存在的功率均分受线路影响较大等问题,提出了一种改进的三相静止中频电源并联组网运行的方法。与传统下垂方法进行了对比分析,分析结果表明,改进的控制方法能有效地克服传统下垂方法中存在的问题,并且能够实现不同容量的三相静止中频电源的并联组网运行。最后通过仿真验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。

电力电子接口对电力系统频率控制的影响综述

风电、光伏、储能、柔性高压直流输电等通过电压源/电流源型变流器接口取代了传统的机械开关并网,将给电力系统的既有频率动态特性、有功平衡原理及相关控制方法带来改变。首先回顾了近年电力电子接口相关的系统频率事件,从惯量角度分析了规模化电力电子接口对系统频率控制的影响。总结了提高频率支撑能力的接口控制技术,分析了接口外特性在惯性响应和一次调频环节与同步机组等价性。基于能量守恒原理讨论了大规模电力电子接口接入下电力系统有功平衡机理,最后从机理、模型、方法层面提出了电力电子化该领域内值得探索问题。

电网频率偏差下虚拟同步发电机改进控制研究

虚拟同步发电机(VSG)由于模拟了同步发电机(SG)的调频调压特性和惯性阻尼作用而得到广泛关注。传统的VSG特性分析一般针对电网频率为额定频率的情况,当电网频率不等于额定频率时,仍然采用传统VSG控制将会使VSG动态特性发生变化以及输出有功功率稳态值出现偏差,现有文献对电网频率偏差下的VSG动态特性缺乏分析且现有方案不能完全解决有功功率偏差问题。文章首先分析了电网频率偏差对VSG有功功率和频率特性造成的影响,进而提出一种改进有功频率控制策略,并对改进控制策略进行分析。最后通过matlab/simulink仿真验证所提控制策略在改善动态特性和消除稳态偏差方面的有效性。

基于改进虚拟同步发电机的预同步并网控制研究

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术在动态过程中易引起功率振荡和频率波动甚至越界的情况,提出一种改进的VSG控制策略,在有功-频率控制器中加入一个微分环节,增大了系统阻尼,有效解决了功率超调的问题。并对所提出改进VSG控制离/并网的预同步控制策略进行研究,在VSG输出端和电网端中间加入一个虚拟阻抗,通过控制实现VSG输出电压和电网电压频率、电压幅值和相位的同步,实现VSG系统从离网到并网的切换,加快了同步速度。通过MATLAB/Simulink搭建了基于改进VSG控制的离/并网模型,仿真所得结果证明了所提控制方法的正确性和有效性。

基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案

自2016年开始,西北电网组织开展新能源参与送端大电网快速频率响应研究及试点试验工作。试点结果表明新能源具备参与电网快速频率响应能力,且性能优于常规电源机组。该文对西北送端大电网快速频率控制需求进行分析,提出了光伏、风电分段参与电网调频指标,按照"调频权责明晰、各类型机组协同配合"的思路,完成了基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案。通过在PSASP电网稳定仿真程序完成新能源快速频率响应功能建模,完成大电网稳定仿真分析。结果表明,采用风电、光伏差异化设置方案,较好地统筹了各类型电源快速调频能力,实现各类型机组快速调频行为协同配合,有效提升了送端大电网频率安全防控水平。目前,该方案已经由西北能监局批准在西北电网正式推广应用。

利用暂态能量流的超低频振荡在线分析与紧急控制方法

发电机原动系统阻尼转矩系数为负是导致超低频频率振荡的重要原因,退出负阻尼机组的一次调频可增加系统阻尼平息振荡,因此紧急控制的关键是在线评估机组原动系统阻尼。文中提出了利用暂态能量流的超低频频率振荡在线分析与紧急控制方法,将低频振荡分析中的暂态能量流法拓展应用至超低频频率振荡分析,证明了能量流法与阻尼转矩法在分析原动系统阻尼时的一致性,根据现有广域测量系统数据情况,提出了原动系统阻尼转矩系数的在线评估方法,以及超低频频率振荡紧急控制的流程。仿真结果验证了文中方法的有效性,为超低频频率振荡的在线防控提供了技术手段。

现代电力系统恢复控制研究综述

综述了现代电力系统恢复控制的任务、主要问题以及解决方法。从宏观角度将恢复控制划分为恢复计划和恢复培训、有功平衡与频率控制、无功平衡与电压控制和继电保护以及安全自动装置的配合4个主要问题。恢复计划的制定是一个复杂的优化问题,一般可离线预计划,并采用人工智能技术和最优化方法相结合,予以解决。对于有功平衡与频率控制问题,要考虑电源恢复和负荷恢复2个方面。电源恢复是一个动态规划问题,要求在满足各种约束条件下,使系统的发电量最大;而负荷恢复目前是研究热点,其要求和电源恢复同步进行,满足频率约束、网络约束并考虑社会经济效益。主要方法有遗传算法、蚁群算法以及一些近似算法。对于无功平衡与电压控制问题,综述了持续工频过电压、操作过电压和谐波过电压的产生原因、控制手段以及目前的预测和控制方法,主要包括基于灵敏度分析、概率统计以及神经网络的方法。最后,综述了系统恢复不同阶段中继电保护以及安全自动装置的配合的主要问题和处理方法。

基于安全深度强化学习的电网有功频率协同优化控制

可再生能源占比不断增加给互联电网频率控制带来严峻考验.由于常规的自动发电控制(AGC)策略没有考虑电网潮流安全约束,所以传统方法根据专家知识和经验进行尝试性发电机功率调整,需耗费较多时间;基于最优电力潮流的互联电网AGC优化模型由于非凸性和大规模性,求解时间较长且存在收敛性问题.鉴于常规深度强化学习具有“离线训练、在线端对端形成策略”的优点,但在动作探索过程中无法保证系统安全性,提出一种基于安全深度强化学习的电网有功频率协同优化控制方法.首先,将电网频率控制建模为约束马尔可夫决策过程,对决策过程添加相关安全约束进行智能体设计;然后,基于华东电网实际系统算例对智能体进行训练和性能提升;最后,对比智能体决策与常规AGC策略效果.结果表明:所提方法在多种运行方式下可快速生成有功频率控制策略,且保证系统频率恢复过程中电网的安全性,可辅助调度员在线决策.

高比例风电电力系统考虑频率安全约束的机组组合

高比例风电接入电力系统导致转动惯量和一次调频能力降低,功率扰动下的频率安全问题凸显,机组组合中需要考虑频率安全约束。首先提出了一种简单实用的频率安全约束条件,当系统满足该约束条件时,给定功率扰动下的最大频率偏差将保持在设定限值内。将该约束条件纳入机组组合模型,同时考虑风电出力为预测区间上下限值时系统仍能够承受给定的功率扰动,建立了考虑风电功率不确定性与频率安全约束的机组组合模型。仿真结果证明,所提出的机组组合模型考虑了风电功率的不确定性,同时也能满足系统发生大功率扰动下的频率安全需要。

光伏逆变器参与西北送端大电网快速频率响应能力实测分析

近年来,西北电网新能源快速发展,挤占具有转动惯量的常规电源机组空间,电网一次调频资源储备下降,抗扰动能力降低,迫切需要研究新能源机组参与大电网调频的实现方法。通过选取西北电网内4台光伏逆变器,仿照常规水、火电机组的有功-频率静态特性,修改光伏逆变器控制策略,完成光伏逆变器有功-频率下垂控制,实现光伏逆变器参与电网快速频率响应的功能。结合2016年上半年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了光伏逆变器快速频率响应能力实测分析。结果表明,光伏逆变器可参与电网快速频率响应,其响应特性与水电机组一次调频性能相当,优于火电机组,且折算到相同容量下,快速频率响应贡献能力优于常规火电机组一次调频贡献能力。

基于虚拟功率的虚拟同步发电机预同步控制策略

虚拟同步发电机(VSG)通过模拟同步发电机的外特性,有效缓解了可再生能源并网造成的惯性下降问题,但存在并网瞬间冲击电流大的问题。为解决该问题,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略。首先,通过控制虚拟功率为零来实现逆变器输出电压与电网电压的相位与幅值一致,同时无需锁相环节,简化了控制算法,提高了预同步过程的动静态性能。其次,对有功-频率控制器和无功-幅值控制器进行改进,提高了预同步控制精度。最后,通过实验验证了所提预同步控制策略的有效性。

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。

风电场参与西北送端大电网频率调节的快速频率响应能力实测与分析

近年来,西北电网新能源快速发展,直流外送规模不断扩大,因新能源机组无一次调频能力,电网频率控制的结构性困境日趋显现,迫切需要新能源机组参与大电网快速频率控制。本文介绍了西北电网试验风电场参与电网快速频率响应典型方案,结合现场试验及2016年西北电网频率特性试验,首次在国内系统性完成了风电场快速频率响应能力实测分析。结果表明,风电场可参与电网快速频率响应,其响应特性与常规电源一次调频相当,具有较好的应用前景。

基于全站控制的光伏场快速一次调频控制系统研究

大规模光伏发电并网可能导致系统调频能力不足,而并网逆变器调节速度快,通过改变光伏并网系统的功率控制方式,可使其具有一次调频能力.为此,提出一种基于全站控制的整套改造方案,采用三相同步拟合测频算法实现高精度测频,在光伏电站自动发电控制(Automatic generation control,AGC)系统和光伏电站有功-频率下垂控制特性的基础上,对现有光伏场站参与系统一次调频功率控制策略进行了改进.试验结果表明,通过对逆变器的全站控制,能够快速地响应频率的跌落和增加,减小扰动发生后频率的变化.

基于下垂特性的风电场参与电网快速频率调整实测分析

随着地区风电渗透率的进一步提高,常规火电机组被新能源机组大量替代,导致电网转动惯量持续下降,电网频率特性呈现逐渐恶化趋势,迫切需要研究新能源机组参与电网频率调整的具体方式。本文提出了一种基于下垂控制机理的风电场参与电网调频的稳定控制装置和能量管理平台设置策略,并选取甘肃电网内一座包含133座双馈异步风机的典型风电场,结合场站端离线验证测试与2016年西北电网全网频率特性实测结果,首次从整座风电场的角度出发,实际验证了风电机组参与电网快速频率响应特性的研究。结果表明,在频率大、小扰动下,风电机组均可快速跟踪系统频率变化来调整出力,对于系统频率的改善效果十分显著。

电力系统一次调频过程的超低频振荡分析

实际系统中多次发生一次调频过程不稳定导致的超低频频率振荡事件,在机理和表现上与传统的低频振荡存在显著区别。超低频频率振荡属于频率稳定的范畴,单机单负荷系统是研究该问题的最简系统。基于单机单负荷系统研究了超低频频率振荡的振荡频率、阻尼、振荡表现等关键特征。解析推导了简化模型下的振荡频率和阻尼并分析其影响因素。引入伯德图方法分析详细模型下的振荡频率和阻尼,幅值交接频率、相角裕度分别与振荡频率、阻尼比对应。证明了阻尼转矩法在分析原动系统阻尼特性时的适用性。采用相量图方法说明超低频频率振荡中机械功率的振荡幅度大于电磁功率。

多机系统超低频振荡分析与等值方法

实际电力系统中多次发生的超低频频率振荡在振荡形式及机理上与低频振荡存在显著区别。在多机系统中对超低频频率振荡问题进行了分析。超低频频率振荡中,所有发电机转速同调变化,系统频率整体振荡。提出一种适用于超低频频率振荡分析的系统等值方法,将多机系统等值为单机单负荷系统进行分析,提高计算效率。各发电机原动系统的阻尼转矩相互解耦,和电磁功率中的阻尼转矩加和后共同影响系统阻尼比。研究结果可为实际系统超低频频率振荡的分析与控制提供指导。