快速频率响应负荷参与惯量辅助服务能力评估及应用

新能源比重的不断增加导致电力系统惯量水平降低。为防止低惯量系统故障后频率快速跌落,亟须挖掘新型惯量响应资源。快速频率响应负荷(FFRL)可以根据电网故障后频率变化率灵活调节负荷水平以提供紧急支撑。文中基于FFRL参与的电力系统频率响应模型给出了FFRL惯量支撑效果评估方法,并结合不同市场主体的惯量服务补偿机制建立了FFRL参与惯量辅助服务优化模型。算例结果验证了所提FFRL惯量支撑效果评估方法的准确性与FFRL参与惯量辅助服务对系统运行经济性与系统频率安全稳定的提升效果。相比于传统火电机组,FFRL可以凭借更少的响应容量提供更多的惯量响应,并根据其响应策略与控制方式进行灵活变换,从而更精准地响应电网对自身惯量水平的要求。

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。

基于电解水制氢系统快速频率响应的电网频率稳定控制

针对调频资源不足导致的电网频率稳定性下降问题,以电解水制氢系统为研究对象,通过精细化建模并提出针对性控制策略,使电解水制氢系统提供快速频率响应,充分发挥电解水制氢系统内电、氢、热能的调频潜力,并对电解水制氢系统提供快速频率响应的机理及效果进行仿真验证。结果表明:所建立的模型可揭示电解水制氢系统的电-氢-热耦合机理,表征电解水制氢系统的频率响应特性;在多类扰动场景下,电解水制氢系统提供快速频率响应均可增强电网的频率稳定性。

高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议

随着非同步电源渗透率增加,电网的惯性逐步降低,扰动后电网的频率变化率变大,频率调控面临着巨大挑战。近年来,快速频率响应(FFR)的概念已被提出,并应用于一次调频之前,为一次调频响应争取时间,使低惯性系统在一次调频响应前不至于到达系统低频减载的频率阈值。文中从典型FFR资源、辅助服务产品设计、市场交易和应用实例等几方面总结了国外FFR市场开展现状。结合中国电网应对未来低惯性系统的调频需求,阐述了FFR技术的研究趋势,并为中国FFR市场建设提出了建议和展望。

光伏电站面向快速频率响应的优化控制技术研究与实践

目前光伏电站没有一次调频功能,功率控制响应缓慢且精度不高,无法满足西北电网对新能源电站提出的快速度、高精度的快速频率响应规范要求,迫切需要进行优化升级。针对传统方案中平均功率分配算法准确度低和常规逆变器MPPT算法功率执行响应速度慢两方面的不足,分别提出了基于样本逆变器的等比例分配算法和参考样本逆变器状态值的跨越式MPPT算法。最后通过执行响应偏差分析、总体性能对比分析和功率分配仿真试验以及光伏电站现场的逆变器响应测试试验,验证了采用相关技术进行光伏电站快速调频响应的有效性和实用性。

面向快速频率响应系统的网络攻击防御控制策略

针对广域测量系统中的测量数据受到攻击时,快速频率响应(fast frequency response,FFR)控制系统被欺骗而生成错误控制命令进而危害电网安全的问题,该文提出一种面向虚假数据注入攻击的新型FFR网络安全防御控制策略。该策略首先利用连续小波变换对被攻击数据进行时频分析,再提出一种攻击重组卷积神经网络用于虚假数据检测。针对被判别为被攻击的测量值,基于提出的新型网络攻击防御控制,以迅速恢复FFR的误响应量,减少FFR误动作造成的影响;若测量数据正常,则结合FFR快速响应恢复控制策略以恢复FFR响应速率,保持FFR的快速响应特性。基于实测频率数据与PSCAD环境的仿真实验表明,所提出的策略可以迅速检测网络攻击,并实时调节FFR输出,提高系统在网络攻击下的运行稳定性。

基于改进锁频器频率偏差检测的光伏逆变器快速频率响应控制

光伏电站高比例接入电网造成电力系统结构持续性改变,导致电网可调节资源存量不断下降,抵御故障扰动的能力减弱,电网频率越限风险增加。为提高光伏电站快速频率响应能力,本文根据现有新能源调频政策,设计了光伏逆变器有功-频率下垂特性,提出了基于改进二阶广义积分锁频器的光伏逆变器快速频率响应控制策略,使光伏逆变器具备主动调频的功能。采用改进二阶广义积分锁频器快速检测系统频率,并将频率偏差直接反馈给光伏逆变器控制系统,克服了传统锁相环在电网频率突变时相位偏差大、时延等问题。仿真和实验证明了光伏逆变器快速频率响应控制的正确性与可行性。

基于事件驱动的机组快速频率响应控制方法

针对大功率缺额事故下机组一次调频基于反馈控制动作存在滞后性的问题,提出了基于事件驱动的快速频率响应(EFFR)控制方法。首先,阐述EFFR概念的内涵,设计其体系架构及动作方案,利用特定的扰动事件信号触发紧急控制模式并快速调节机组出力。其次,基于扩展系统频率响应模型以周期性预决策的方式提取扰动功率及EFFR功率大小与低频减载动作间的耦合关系,估计预想事故场景下系统的EFFR需求功率。然后,以控制成本最小为目标优化分配EFFR需求功率,计算响应机组的控制指令。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

面向频率稳定校核的风机快速频率响应低阶建模方法及其误差分析

风机快速频率响应能够有效保障高比例风电电力系统频率稳定性,已逐步进入实用化阶段。风机快速频率响应影响传统机组安排,需在调频参数设计、调度运行等优化问题的频率稳定校核约束中予以考虑。为提高频率稳定校核效率,线性化的系统频率响应低阶模型应用广泛。然而,风机调频特性区别于传统机组,运行特性的非线性特征显著,其快速频率响应低阶模型尚缺乏归纳整理,且计算误差分析尚不完善。文中分类整理了风机快速频率响应策略;针对不同响应策略,给出风机低阶模型的通用建模方法及调频特性分析方法;理论分析低阶模型的线性化误差,并通过数值仿真予以验证。该文可为风机快速频率响应低阶模型的选择、推导及误差分析提供参考。

考虑风险偏好的快速频率响应备用容量规划

增设快速频率响应备用容量,为威胁系统频率安全事件设立备用规划方案,是应对电力系统频率稳定新形势的重要手段。首先,考虑一次调频事故拦截的潜在收益,采用风险偏好成本收益分析模型作为小概率极端事件的风险价值评估依据;基于序贯蒙特卡洛方法建立常规机组、高压直流传输线路、风电机组的运行状态模型,并将故障集输入所提的系统频率仿真模型中,对功率扰动实现系统频率追踪及下降最低点捕捉,进而获得满足快速频率响应备用容量;兼顾可靠性收益与备用综合成本,定义快速频率响应备用成本收益模型,并提出相应的备用方案可行性校验方法。算例结果表明:所提快速频率响应备用容量规划方案能有效的避免小概率极端事件被同质化,且极端事件概率越小,备用需求越高。

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。

适用于西北送端大电网新能源场站快速频率响应功能的入网试验方法

近年来,西北电网新能源装机已成为网内第二大装机电源,具有转动惯量的常规水、火电机组开机比例逐步下降,电网频率控制特性的结构性困境日趋明显。目前,西北电网已在全国率先启动新能源参与电网快速频率响应功能推广应用工作。当电网发生频率大扰动情况时,新能源场站能够参与电网一次调频,并对系统频率提供支撑,送端大电网一次调频能力显著增强。提出了一种针对送端大电网新能源场站快速频率响应功能的试验方法,通过对新能源场站进行频率阶跃扰动试验、模拟实际频率扰动试验、防扰动性能校验、自动发电控制(automatic generation control,AGC)协调试验,完成新能源场站快速频率响应功能检测,并首次在国内完成现场可行性验证。目前该方法已实际指导西北电网新能源场站快速频率响应功能入网检测工作。

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。

光伏电站快速频率响应技术研究及应用

随着大容量高比例的新能源集中接入电网,电源结构发生较大变化,电网可用的快速频率响应资源逐步减少,同时大规模新能源基地通过特高压直流外送规模不断扩大,若出现大功率直流闭锁将对电网频率安全造成严重威胁,电网的调频压力及安全运行风险不断增大,亟需新能源参与电网快速频率响应,提升大电网频率风险防控水平。介绍了新能源电站快速频率响应性能要求,面向已有或新建的光伏电站,提出了快速频率响应典型方案,开发了新能源电站一体化控制系统,并在光伏电站开展了示范应用,实现了电站AGC/AVC和快速频率响应功能的集成,达到了光伏电站对电网频率和电压主动支撑的目的。

新能源快速频率响应在新能源场站的应用方案研究及工程实践

为了实现碳达峰和碳中和的远景目标,我国正大力发展风电、光伏等新能源产业,新能源场站的并网容量和场站数目与日俱增。然而,新能源的迅猛发展导致常规火电等传统发电厂的备用容量比例减少,电网可用快速频率响应资源降低,频率控制特性的结构性困境愈发严重。风电、光伏等新能源场站虽已基本配备了AGC系统以对电力系统进行二次调频,但是仍无法满足调频的快速响应要求。基于此,首先分析了新能源快速频率响应的相关参数和指标,并研究了通过新增专用的嵌入式调频装置来实现新能源场站的快速频率响应功能,同时分析了该装置在不同规模光伏和风电场站的组网模式,并以两个实际案例说明了该装置的有效性和可实践性。

风电场快速频率响应性能提升研究及应用

随着风力发电规模的逐渐增加,其随机性、不稳定性使电网频率特性呈现逐渐恶化趋势,对于海上风电同样存在此问题。近年来为解决电网频率特性的恶化趋势,各地区电网公司相继提出风电场需具备快速频率响应特性功能,以支撑电网频率变化,来确保电网的安全运行。为了满足上述功能,行业内已进行了相关技术研究,但快速频率响应性能基本只符合普遍要求(稳定时间不超过15 s),对于东北电网提出的快速频率响应稳定时间不得超过5 s的要求,还鲜有研究。研究了风电机组场群调度性能及频率调节特征,开发了风电场快速频率响应性能提升软件,并完成了风电场现场测试验证。测试结果表明该方案提高了电网稳定性,完全满足更为严苛的东北电网快速频率响应性能要求,此方案对于海上风电同样适用。

新能源快速频率响应技术

电网大规模接入新能源后,常规水电机组、火电机组的转动惯量调用空间逐步被压缩,电源装机组成结构发生了较大变化,新能源快速频率响应技术显得尤为突出。总结了当前风电场快速频率响应实现方式,提出了场侧AGC、风电场能量管理平台实现方案。针对已并网运行的光伏电站,总结当前光伏电站调频改造思路,提出了AGC系统改造、加装快速频率响应装置的典型方案。

一种基于DCS的新能源快速频率响应测控装置

提出了一种基于DCS控制系统的快速频率响应测控装置的设计方法,旨在提供一种新能源风力发电机组参与电力系统一次调频的装置和方法。阐述了该装置的结构原理,并对该装置的硬件模块做了详细介绍,同时也介绍了该装置实施实例的应用连接。

超级电容参与风电调频的动态响应优化策略

随着风电渗透率的不断提高,电力系统逐步呈现低惯量的特征。低惯量系统在故障时的频率变化率(RoCoF)和最大频率偏差显著增大,传统频率控制方法效果减弱,频率的安全、稳定面临挑战。针对上述问题,先于一次调频动作的快速频率响应(FFR)已成为解决低惯量系统频率稳定问题的重要手段。首先,建立风-火-储电力系统频率响应模型,分析FFR调频资源对低惯量系统频率响应的影响;其次,基于模糊逻辑推理,提出了一种超级电容参与风电调频的储能动态响应优化策略以控制储能,使其能够动态响应系统频率变化,在频率跌落期遏制频率跌落,在频率恢复期调控储能恢复功率以维持荷电状态稳定;最后,对提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提策略能够利用超级电容快速动态响应系统频率变化,从而为低惯量系统提供功率支撑,弥补风电调频的不足,相较传统的风电机组虚拟惯量控制策略,在减小最大RoCoF及抑制最大频率偏差效果上均有大幅提升。

风电参与电网频率支撑的快速仿真模型

风电参与电网频率支撑对于维护电网安全稳定运行具有重要意义。MATLAB作为常用仿真软件只能构建小规模的含风电电力系统模型,并且仿真速度缓慢。为了在MATLAB中开展风电频率支撑控制研究并提高研究效率,构建了一种基于风电机组简化模型和电网频率响应模型的快速仿真模型。首先以双馈感应风力发电机为例,提出了一种仅保留机械动态过程的风电机组模型简化方法;然后,提出了一种排除风电频率支撑作用的电网SFR(频率响应)模型获取方法;接着,通过风电机组简化模型和电网SFR模型相整合获得快速仿真模型;最后,通过算例验证了快速仿真模型的有效性和高效性。结果表明,构建的快速仿真模型的频率响应与完整电力系统模型一致,风电场采用单机等效时的仿真速度可提高130倍以上,风电场保留全部机组时的仿真速度提高了近1100倍,显著提高了在MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率。