计及典型控制的风电场调频能力量化评估及影响因素分析

为尽可能充分利用风电场支撑功率,避免资源浪费,有必要量化评估风电场的调频能力。然而,风电场调频能力缺乏定义且难以评估,运行参数及边界约束对支撑能力的影响机理不明。为此,定义了多时间尺度、多能量形式、多评估层次的指标,从而精准量化评估调频能力。基于所提评估指标,通过分析风电场运行参数对调频能力的作用机理,揭示了转速是低风速和低减载工况下的主要影响因素,而载荷与容量是高风速和高减载工况下的主要影响因素等结论。进一步,提出了基于非线性规划模型的方法对评估指标进行精确计算。最后,对四机两区域系统中下垂和减载控制下的单机聚合风电场进行了算例分析,验证了所提评估指标的合理性和评估方法的准确性,以及关键影响因素分析结论的正确性。

基于状态空间映射的模型不完备风电场调频能力在线评估方法

为了保证风电机组的转速安全,在风电场参与调频前,需要首先评估风电场的最大调频能力。由于风电场风机数量众多、动态特性复杂,传统基于模型分析评估风电场调频能力的方法难以实现解析求解,且验证依赖模型的完整度和精确性。提出一种数据驱动的风电场调频能力模型评估在线方法,通过利用状态空间映射将原本复杂的非线性模型转化为高维空间中的线性模型。该方法综合数据驱动和模型分析方法,可以直接利用风电场真实运行数据进行离线训练,训练数据无需覆盖调频极限场景,即可构建全局线性模型,从而在线精准评估风电场极限调频能力。算例结果证明,该文方法相对于传统风电场调频能力评估方法具有能够快速在线解析求解、不依赖模型精度、训练数据易获取的性能优势。

考虑调频死区的电网一次调频能力评价指标

现有的在线估计一次调频能力的指标没有考虑调频死区对电网一次调频能力的影响。为了表征调频死区对电网一次调频能力的影响,提出利用均方差定义电网一次调频能力(Primary Frequency Modulation Ability,PFMA)指标。根据一次调频模型给出了其静态和动态表达式。最后通过计算仿真,对比了不考虑死区和不同死区大小情况下的评价指标曲线。结果表明,所提的指标同时兼顾了一次调频能力的动态特性和死区,实现了一次调频能力的在线全面评估。

考虑一次调频能力的火电机组负荷优化分配

机组调峰深度与调峰能力在一定程度上不可兼得,为使电力系统运行经济的同时具备足够的调峰裕度,提出了考虑一次调频能力的机组负荷优化分配模型,引入新型正弦余弦算法(sine cosine algorithm,SCA)求解。以某电厂4台机组为例验证模型的有效性,分别采用SCA和遗传算法(genetic algorithm, GA)寻优计算并与自动发电控制(automatic generation control,AGC)指令对比,结果表明SCA的最优解比GA精度更高,而且新模型既能保证足够的一次调频备用容量又有更高经济性。通过仿真得出不同负荷率最优经济成本与一次调频备用容量的关系曲线,总结了此规律对负荷优化分配的指导意义。最后仿真研究低负荷率时的负荷分配,结果表明模型会优先选取经济性较好的机组进行深度调峰以保证整体最佳经济性。

电网一次调频能力的在线估计

用于评价电网运行性能的指标很多,例如 A1、A2 和ACE,以及北美电网推出的新的控制性能评价标准 CPS1、CPS2 等,但是这些指标均是衡量电网总体运行性能的标准,不能用来评价电网在发生突发性事故时的快速调节能力。该文定义了电网的一次调频能力(PFCA)。并由定义结合方差分析得到了电网一次调频能力在静态及动态情况下的数学表达式,给出了可实际应用的计算方法,并讨论了计算过程中的参数误差对结果的影响。

多区域电网一次调频能力分布对电网安全稳定运行的影响

阐述一次调频可以提高电网对突然负荷扰动的快速响应能力,但是随着多区域互联电网的发展,仅以电网局部区域为研究对象,提高其一次调频能力,难以满足电网的安全性和稳定性要求。在提出多区域电网一次调频能力分布概念的基础上,以各区域为研究对象,仿真分析各种一次调频能力分布对电网频率品质和联络线功率传输的影响。仿真结果表明,电网中各区域一次调频能力均匀分布是合理的分布形式。

考虑风电不确定性的风储调频能力

基于双馈感应风力发电机在持续调频动态过程中,调频能力因风速波动或风电预测误差,而具有不确定性。首先,提出一种基于风电预测的储能模型预测控制策略,该策略根据未来一个预测周期内风速的波动情况,提前修正当前时刻充放电行为,以便能改善风电预测周期内风速不确定性对调频能力的影响,并将其转换成二次规划问题进行求解。其次,考虑到储能容量限制,提出一种随风速变化的储能动态荷电状态双层优化模型。在该模型外层,设计一种随风速变化而自动调整动态荷电状态初始值的优化函数,进而优化不同风速波动情况下的风储系统调频能力。在模型内层,构建储能充放电速度模型,旨在避免持续调频过程中过充过放对储能寿命的损耗。仿真结果表明:该策略和动态动态荷电状态优化模型能有效改善风速随机性和预测误差对风电调频能力的影响,提高风储系统频率运行稳定性。

660 MW水热电联产超临界机组综合蓄能一次调频能力研究及应用

利用某660 MW水热电联产超临界机组热平衡图等设计参数,分别对该机组凝结水节流、热网抽汽节流一次调频能力进行定量分析的理论研究,得出100%、75%、50%THA工况下各节流变化对应机组功率变化的理论增益、规律。在安全控制范围内,对该机组进行综合蓄能一次调频能力试验研究,得出350 MW、450 MW、600 MW工况下各节流变化对应机组功率变化的实际增益、规律以及综合蓄能一次调频实际能力。结合试验研究,在机组原一次调频控制逻辑的基础上开发设计了适用于该机组一次调频的综合蓄能调频控制模块,模拟应用效果良好,一次调频能力能够满足相关要求,间接提高了机组的经济性。

CCS参与的火电机组一次调频能力试验研究

火电机组投入机炉协调方式运行后,数字电液控制系统(D EH)内部实现的一次调频功能被机组的协调控制系统(CCS)作为系统内扰很快克服,在电网发生事故,系统频率持续偏离时,无法达到电力系统一次调频的目的。提出利用CCS与DEH侧一次调频回路在调节特性与作用时序上的互补性,实现快速持久的一次调频。采用选取典型机组进行对比试验的方法,实施并完善了新的一次调频方案,验证了该方案使一次调频功能在保持快速性的同时,能在电网频率偏离的情况下持续作用,并使一次调频的能力得到加强。通过对典型机组现场试验的结果分析,确认新方案下机组的调节品质可满足运行的安全性要求。

基于转子动能控制的DFIG调频能力分析与调频方案

电力系统中风电渗透率不断提高,弃风现象却越来越严重,风电缺乏火电和水电的调峰调频能力是制约风电利用效率的主要原因之一。在此背景下,首先分析风机矢量控制和转子动能控制策略原理、转子动能控制策略的作用过程;并基于风机运行区域和转子动能控制适用范围的分析,提出一种与DFIG调频控制能力相适应的调频方案。该方案能够根据风机运行状况,合理控制DFIG参与系统调频。同时根据风速调整控制参数,能够在不增加额外投资的条件下有效地发挥风电的调频能力,避免了风机过度调频带来的危害,提高了风电运行的效益。仿真表明该方案能够充分发挥DFIG自身的调频能力。

锅炉储能变化对机组调频能力影响关系建模与仿真研究

针对目前缺乏大容量机组综合调频能力动态特性建模研究的现状,结合大容量超超临界机组锅炉动态模型与双过调汽轮机动态模型,建立了一种锅炉储能变化对机组调频能力影响关系模型,采用粒子群算法将现场数据用于模型参数求解,最后通过模型计算值与现场实测值进行对比,验证了模型的计算精度,通过调频能力的仿真曲线对比分析了所建模型的合理性。结果表明:该模型既可准确体现锅炉的"慢"动态又可准确反映汽轮机的"快"动态,锅炉与汽轮机之间的动态耦合特性关系更加贴近现场实际。基于该模型可同时开展机组自动发电控制(AGC)与一次调频研究以及调频能力的分析与计算,为大容量机组开展综合调频研究提供了理论基础。

考虑调频能力的风电场虚拟惯量多机协同控制策略

针对现有风电场虚拟惯量协调控制在风电机组调频辅助功率协调分配及风电机组转速协调恢复方面存在的不足,首先分析了风电场调频能力的影响因素,基于风电机组旋转动能相等原则提出了风电场及多个风电场调频能力的评估方法。然后基于风电分层协同控制的架构,推导分析了风电虚拟惯量协同控制及风电机组转速协调恢复的本质,提出了一种考虑风电机组调频能力的风电场虚拟惯量多机协同控制策略。该策略通过引入协同控制系数,以实现不同风电场风电机组之间调频辅助功率的协调分配,通过直接对风电机组调频辅助功率进行补偿,以实现不同风电场风电机组之间转速的协调恢复。仿真结果表明,所提控制策略在风电机组调频功率协调分配方面,能够在充分发挥风电机组调频能力的同时,保持风电机组虚拟惯量控制的快速响应特点,降低对风电场控制中心通信能力的要求;在风电机组转速协同恢复方面,能够在保证风电机组转速的快速恢复,避免系统频率二次跌落的同时,避免复杂的转速恢复时序安排。

火电汽轮机高调门调频能力的实时评估方法

汽轮机高调门是火电机组参与电网调频任务的最关键功能部件之一,因此其工作时的安全稳定性极其重要。针对汽轮机顺序阀方式下出现的由于高调门硬件问题导致的机组负荷控制不稳定而不满足调频需求的问题,提出了一种基于通过增加高调门阀后压力测点的高调门调频能力实时评估方法,能够实现在不进行专门实验的基础上有效识别经常发生的由高调阀硬件链接松动等导致汽轮机调频能力下降的问题。实际案例数据分析结果显示:该方法对于实际故障的预警及处理更有实效性。这对机组调频能力在线评估具有一定的实际工程价值。

深度信念网络在水火电力系统一次调频能力预测中的应用

为了准确地预测电力系统一次调频能力,提出了一种采用深度信念网络的水火电力系统一次调频能力预测方法。以新英格兰39节点系统和某电力公司水火电力系统2016—2019年历史数据作为仿真算例,将系统频率、有功负荷、功率缺额、扰动类型、负荷水平、发电机组惯性时间常数、备用容量与总备用容量作为网络的输入特征值,为网络参数训练提供数据支撑;使用无监督预训练与有监督参数微调相结合来训练网络参数,构建深度信念网络,输出系统一次调频的出力调节曲线,预测水火电力系统一次调频能力。与传统的网络模型进行了对比,结果表明:在新英格兰39节点系统中,最大功率补偿量平均相对误差和均方根误差分别为1.49%和4.04 MW;在电力公司水火电力系统中,最大功率补偿量平均误差和均方根误差分别为1.18%和18.3 MW,均小于循环神经网络的平均误差1.41%和均方根误差21.6 MW。所提深度信念网络的逐层训练解决了传统网络预测方法的参数优化问题,能够避免陷入局部最优和训练周期过长,应可在突发性故障时为调度中心后续制定防护控制故障策略提供信息支撑。

基于多源数据的电网一次调频能力平行计算研究

为解决电网一次调频性能难以估计的问题,本文提出了基于多源数据的电网一次调频性能平行计算平台.通过采集整合OMS(Operations management system)、WAMS(Wide area measurement system)、SCADA(Supervisory control and data acquisition)等系统的各类型一次调频数据,以极大似然估计、数值拟合等方法构建机组一次调频性能功频图谱.采用均方差分析建立电网一次调频性能数学模型,基于并网运行机组的一次调频性能功频图谱,估算出当前电网的实际一次调频性能.算例计算表明,本文所提出的计算方法能够有效兼顾机组类型的静态特性和运行工况的动态特性,并以平行执行方式完成人工估算系统与实际电力系统的滚动优化,实现了电网一次调频性能的在线全面估计,为电网频率管理与控制提供数据决策支持.

运行控制对水锤效应及调频能力的影响

为了研究运行控制参数对水电机组水锤效应和调频能力的影响,首先以实际机组为例,研究了运行状态和控制参数对水锤效应的影响;然后通过仿真分析得到了可减弱水锤效应的控制参数调整方法;最后研究了减弱水锤效应对水电机组的调频能力的影响。结果表明,水轮机反调峰效应对暂态频率影响较弱,远小于旋转惯量造成的影响。减小水锤效应虽短时有利机组调频,但会造成调速系统性能降低,总体上不利于电网的频率控制。

六高调门配置汽轮机调频能力综合改善方法研究

火电汽轮机顺序阀方式下,正常运行时除在调门重叠度区域内,基本都是依靠单个调门进行调频。然而,配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多,因此,调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差。针对此问题,本文提出了一种六高调门机组调频能力的综合改善方法:在正常利用流量特性优化的同时,利用背压调节来提高机组一次调频能力。实际机组应用效果十分显著,这对实际工程具有一定的参考价值。

燃煤汽轮机发电机组背压变化的一次调频能力补偿

针对燃煤汽轮机发电机组一次调频能力受背压影响的问题,为了提高火电机组的一次调频性能,本文在传统汽轮机模型结构BPA的基础上,考虑背压对汽轮机出力的影响,建立了汽被压修正的数学模型。利用上述模型,在Matlab平台对该系统进行了汽轮机一次调频能力研究,分析了背压对汽轮机一次调频能力的影响规律,针对性设计了一次调频能力补偿方案,并进行了仿真验证,结果表明改善了机组一次调频性能,取得了预期的补偿量,对满足电网一次调频运行技术指标要求具有重要意义。

并网新能源场站调频能力检测技术研究

新能源装机已成为云南电网内第二大装机电源,网内调频惯性下降,调频能力不足;南方电网已规定并网新能源场站应具备调频能力,新能源场站的调频能力改造及检测工作已在同时逐步开展,检测工作是验证场站调频能力的重要手段。本文提了一种采用标准数据源、仿真波形回放、实测波形回放结合,从调频功能、防扰动性能等方面开展新能源场站单机、站级调频能力测试的方法,并首次在南方电网内的风电场、光伏电站得以验证。

基于动态能量贡献度的机组调频能力评估方法

针对不同类型的同步机组缺乏统一、有效的调频能力评估方法的问题,从一次调频过程中的动态能量角度出发,在调频动态过程的不同阶段,构建机组一次调频能力评估指标,从能量贡献速度、深度、强度多维度评估机组一次调频的速动性、可靠性和重要性。基于改进的10机39节点系统,通过不同调频能力场景下各指标的计算情况以及和传统评估指标的对比,验证了该方法的合理性和有效性。在此基础上,量化研究了影响机组调频能力的关键因素,从能量的角度解释了各参数对调频动态指标的影响。该方法对于发现电网中存在的调频瓶颈以及提升电网的调频能力具有一定的参考价值。