计及工作点偏移的减载风电系统频率响应模型

随着风电并网容量不断升高,利用减载风电机组参与一次调频对保障系统频率稳定性具有重要意义。然而,风机的工作点会随其转速变化而发生偏移,使得风机的实际一次调频贡献小于期望值。为此,文中首先分析了频率故障后风电机组减载功率跟踪控制与综合惯量控制的交互影响,指出了风机工作点偏移导致其调频效果削弱的基本原理。其次,基于风机的转子运动方程推导了风电功频传递函数,建立了计及减载风电机组工作点偏移的系统频率响应模型,并利用最小二乘法对其进行降阶,推导了系统频率最低点的解析式。然后,针对虚拟惯量控制的频率恢复期间引起功率倒流、微分环节放大噪声等缺点,提出利用下垂控制替代综合惯量控制。同时,为使减载风电机组获得期望的调频效果,基于频率最低点和稳态频率指标对风机控制参数进行了修正,提出了两种等效下垂系数的计算方法。最后,在MATLAB/Simulink平台建立了四机两区域模型,验证了所提降阶方法及修正方法的有效性。

电力系统频率响应的改进模型与参数估计

近年来,多种因素导致电力系统频率大波动事故时有发生。而目前对电力系统调频能力预估误差较大,有必要采用电力系统频率响应(SFR)模型计算频率的动态响应。文中分析了SFR经典模型的不足之处,据此改进了SFR模型结构,其中考虑了等值调速器的动态特性。进而提出了SFR改进模型的参数估计方法,先直接计算获得部分参数,然后加入保证稳态一致性的参数约束条件,最后辨识获得其余参数。通过仿真算例对频率响应进行了计算,验证了SFR改进模型结构与参数估计方法的有效性。结果表明,SFR改进模型能够有效表征系统频率响应的主要指标,其精度显著高于SFR经典模型。

在MATLAB中实现连续系统频率响应的仿真

本文阐述了使用Matlab仿真系统频率响应的一般步骤。通过仿真实验,说明该软件在信号分析中的应用。

新能源并网对电力系统频率响应的评估分析

为了保障新能源并网后电网稳定运行,对风电机组并入电力系统的系统频率响应进行评估分析。建立了风电机组对电力系统频率响应简化模型,推导了稳态频率、最低点频率、稳态过渡时间以及频率初始变化率四个频率响应重要参数的计算方法,并对不同风电渗透率下的系统频率响应进行仿真研究。结果表明:风电机组参与系统频率调整的方式不同,其对系统频率影响也不一样。虚拟惯量控制能够有效降低系统频率初始变化率,下垂控制则能够有效增大稳态过渡时间、稳态频率与最低点频率。综合两种控制参与系统频率调整,将对系统频率各指标均有显著改善效果。研究成果可为电力系统调频方式以及系统运行规划提供参考。

一种基于数据驱动与物理模型融合的含风电系统频率响应分析方法

当前已有的基于物理模型或数据驱动方法在含风电电力系统实际应用中,存在着计算效率、预测精度以及计算结果可靠性之间的矛盾,为此提出了一种基于数据驱动与物理模型融合的电力系统扰动后频率动态响应分析方法。首先推导能够计及风电机组参与频率调节的系统频率响应(system frequency response,SFR)模型,解决传统的SFR模型无法准确适用于风电渗透率较高电网的问题;然后考虑SFR模型存在的计算精度问题,提出一种基于多输出支持向量机回归(support vector regression,SVR)的频率动态响应预测方法;最后利用基于自适应神经模糊推理系统(adaptive neural fuzzy inference system,ANFIS)模型实现将改进后的SFR模型方法与SVR模型方法相融合,得到在小容量样本下快速获得高精度的频率动态响应预测结果。借助IEEE-39节点的含风电系统仿真算例分析验证了所提方法的适用性、准确性和优越性。

扬声器及其系统频率响应的统计学特性参数

随着计算机辅助测试(CAT)技术的发展,直接测量扬声器及其系统的频率响应特性函数(SPL)已经变得容易,通过对其进行统计学分析,可以得出新的一组有用的参数,包括SPL标准差、SPL离散系数、SPL峰度系数等。这些参数如果能够推广为扬声器及其系统的常用性能参数,将能够填补Thiele-Small参数的一些盲点,给质量标准的制订、工程的应用等都带来不少方便。

考虑系统频率响应特征的配电网综合优化规划

以风电为代表的新能源大规模并入电力系统,其输入给电网能力的不可预测性给电力系统的有功功率平衡以及频率控制带来了严重影响。基于此,提出一种考虑系统频率响应的鲁棒区间风电并网优化调度模型。该模型以发电成本以及风电场弃负荷惩罚成本建立目标函数,通过计算鲁棒区间并制定最佳的发电方案,能够有效降低系统的成本以及系统频率控制。同时该模型考虑了风电并网的特殊恶劣场景下的频率约束,系统的频率变化均满足要求。采用改进IEEE 33节点算例进行验证。结果表明,所提的模型能够保证系统在大规模风电并网过程中系统频率波动的安全性与可控性。

基于MATLAB的LTI Viewer在系统频率响应的仿真

系统频率响应是系统对正弦信号的稳态响应特性。描述频率响应主要有阶跃响应、脉冲响应、Bode图、幅频Bode图、Nyquist图、极点/零点图。MATLAB提供了线性时不变系统仿真图形工具—LTI Viewer,使用LTI Viewer可以很方便地得到描述频率响应的各种图形,同时还能得到相关的性能指标。

计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

现有的系统频率响应(SFR)模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略,对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足,难以准确地反映出系统频率特性。为此,文中提出一种扩展SFR模型。首先,讨论了风电综合惯性控制的机理,分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着,基于风电机组动力学模型,采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数,构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场,提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法,将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合,构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后,将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明,该模型较好地反映了风电调频对频率的影响,具有较高的精度和较快的计算速度。

电力系统频率动态中惯量与惯量响应特性辨析

高比例新能源和高比例电力电子设备电力系统中,频率安全问题突出。惯量和虚拟惯量被认为是改善系统频率动态的关键因素。针对电力系统频率动态问题,综述并分析不同物理惯量及虚拟惯量的响应特性和影响。分析同步电机惯量、异步电机惯量、直驱风机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)惯量、双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)惯量等旋转设备物理惯量对系统频率动态的影响。同步电机惯量、异步电机惯量、双馈风机惯量均会影响频率动态,但响应特性不同。比较电力电子设备虚拟惯量响应2种不同实现方式的区别,分析虚拟惯量响应所需储能以及控制响应延时的影响。电力电子设备可提供频率的稳态支撑加暂态支撑,虚拟惯量控制是暂态支撑的1种,但需要根据系统不同频率动态控制要求研究不同的暂态支撑控制策略。

最大化电力系统频率最低点的并网风电机组频率支撑控制

为提高电力系统遭受大扰动后的频率稳定性,风电机组需具有主动频率支撑的能力。然而,现有的风机频率支撑控制大多直接模仿同步发电机的惯量及调频特性,未能充分发挥风机控制的灵活性。针对这一问题,从提升系统频率最低点这一核心需求出发,提出一种考虑系统一次调频特性的风机最优频率支撑控制。首先,以最大化频率最低点为控制目标,提出并严格证明了系统频率最优轨迹的通用形态。然后,构建了风机能量回收特性的定量表达,并以此为基础,结合系统频率响应模型逆向推导了风机的最优频率支撑控制。最后,仿真和对比验证表明,所提方法通过与系统原有的调频特性协同,从而显著提升了频率最低点,且对不同运行工况和扰动水平均具有较好的鲁棒性。

固定翼无人机频率响应系统辨识技术

针对小型无人机建模困难的问题,采用频域响应系统辨识方法建立了数学模型。首先,在Simulink中建立某已知的非线性模型为仿真对象,设计一组扫频信号作为控制量,并对模型理论输出值进行采样,利用FFT结合分窗法进行频域分析,获得系统频域响应及相干谱。然后,利用遗传算法进行模型参数估计,建立传递函数模型。最后,对建立的传递函数模型进行时域验证。验证结果表明,该方法效果显著。

新型电力系统惯量支撑和调频响应特性典型建模综述

大力发展以光伏、风电为主的新能源是实现“双碳目标”、解决我国能源战略安全问题以及推动生态文明建设的重要途径。新能源电源出力具有随机性、波动性、间歇性的特点,且大多为非同步机电源,不具备传统电源对电网的惯量支撑特性。随着新能源电源渗透率的逐渐增高,传统电源容量占比逐渐降低,电力系统所面临的频率暂态稳定性问题变得愈发严重。新型电力系统暂态频率响应特性主要由惯量支撑和调频特性决定,因此,对系统惯量支撑和调频的建模以及特性分析成为新型电力系统频率稳定性研究以及解决方案设计的关键。本文旨在综述新型电力系统惯量支撑和调频特性研究过程中所需的模型,总结仿真建模过程中的典型模型和关键参数,以期为同领域的研究者在新型电力系统惯量支撑和调频研究过程中提供有益的参考。

基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制

根据系统频率波动区间自适应调整风电虚拟惯量参数有利于改善系统频率响应特性。首先分析了典型高比例风电系统频率响应动态过程,进而建立了含风电的电力系统频率响应线性化模型,揭示了风电虚拟惯量参数的变化对系统频率稳定性及动态性能的影响及变化规律,确定了虚拟惯量参数稳定取值范围。在此基础上,提出了一种基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制方法,设计了模糊推理规则,在阻尼频率快速变化的同时,加速了系统频率恢复,实现了系统频率响应过程风电有限转子动能的合理优化分布。最后在MATLAB/Simulink中建立了风电-火电联合系统仿真模型,仿真验证了所提控制策略的有效性及对频率响应的改善作用。

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明:所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。

电厂锅炉及辅机对电力系统动态频率影响的仿真研究

目前进行电力系统频率稳定研究主要是将系统进行单机单负荷等值,采用单机单负荷模型。该模型主要是基于Anderson提出的低阶系统频率响应模型,其忽略了锅炉及辅机对系统动态频率的影响。在低阶系统频率响应模型基础上,建立了一个包含电厂锅炉、辅机及机组控制系统的简单闭环模型,用于电力系统频率稳定研究。该闭环模型计及了由锅炉效应及厂用电驱动的辅机设备的频率效应。仿真对比了系统在遭受同一扰动时,锅炉主蒸汽压力恒定、辅机由无穷大电源供电及考虑辅机由厂用电电源供电三种情况下系统的动态频率。仿真结果表明,当系统所遭受的扰动较大时,锅炉及辅机设备对系统动态频率的影响不应被忽视。

跟网型电化学储能虚拟惯性常数的常数化计算方法

在包含跟网型储能虚拟惯量控制的新型电力系统频率响应(SFR)建模应用中,跟网型储能的虚拟惯性常数具有时变特性,且无法聚合求解系统等效惯性常数,导致不能构建完整的SFR模型。基于此,提出了跟网型电化学储能虚拟惯性常数的常数化计算方法,通过计算具有等效惯性常数-能量支撑效果的常数化虚拟惯性常数,实现系统等效惯性常数的聚合求解。该方法根据能量变化关键节点和动态过程的约束条件,以及跟网型储能虚拟惯量响应的两阶段相异特征,建立了具有最相近能量变化的目标函数,以分段求解常数化虚拟惯性常数。最后,通过建立SFR模型,结合时域仿真法和相关评价指标验证了计算结果的精确性。

基于物理—数据融合模型的电网暂态频率特征在线预测方法

电力系统频率态势在线预测有助于快速准确地制定扰动后的控制措施,降低事故影响。单一依靠物理或数据模型的频率态势在线预测方法在实际应用中存在计算速度与精度之间的矛盾。采用基于物理—数据融合建模思路,提出一种频率态势在线预测方法:将暂态频率影响因素划分为关键因素和非关键因素,对关键因素采用系统频率响应模型以保留电气信息间因果联系,对非关键因素采用基于极限学习机的误差校正模型以表征关联关系。该方法具有样本依赖性小、通信容错率高、计算效率受系统规模影响小的特点。通过标准测试系统仿真验证,表明所述方法能够快速、准确地预测系统受扰后的频率态势特征。

虚拟惯量控制响应延时对控制效果的影响分析

电力电子接口电源通过虚拟惯量控制模拟同步机惯量响应,但控制过程存在响应延时。全面分析了延时对虚拟惯量控制效果的影响,发现延时并非越小越好。虚拟惯量控制可以降低频率变化率和最大频差两个指标。响应延时增大,扰动后短时间内平均频率变化率变大,但是,最大频差先下降后上升,并在某个延时取值处获得最优值。而且延时增大时调频功率峰值和能量峰值均降低,控制成本更小。虚拟惯量控制的目标不同时,对延时的要求不同。分析结论有助于更加全面地认识虚拟惯量控制的效果并指导实际应用。

抽水工况双馈可变速抽蓄机组机电暂态建模及有功–频率耦合特性

传统定速抽蓄机组在抽水工况下输入功率无法连续调节,不具备参与电网调频能力。双馈式可变速抽蓄机组是一种新型的水电系统,由于抽水工况下转速连续可调,在保证静态扬程的前提上,通过变速运行,机组输入功率调节范围拓宽。为挖掘机组参与电网调频潜能,首先建立抽水工况可变速机组的简化机电暂态模型,该模型以抽水工况可逆水泵水轮机运行特性为基础,考虑了流体在过流管道内的动态特性,并计及导叶的附加摩擦效应;然后从水力的角度揭示了抽水工况机组具备调频能力的本质原因;阐明了抽水工况机组改善电网频率特性的机理,并给出了控制器参数的推荐范围。最后,仿真和实验结果验证所提抽水工况机组改善电网频率特性的能力。