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。

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要,而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点,其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型,结合新能源场站的通用频率响应模型,建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型,在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后,基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后,在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真,结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点,且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值,验证了模型的准确性和通用性。

考虑风电低电压穿越过程的频率最低点量化及其提升方法

风电大面积进入低电压穿越过程将给新能源电力系统带来持续的有功扰动,且由于风电机组的载荷限制,故障切除后有功恢复缓慢,造成其有功扰动形式并非通常研究中所采用的功率阶跃。目前,针对非阶跃扰动下系统频率特征量化的研究较少,若直接将非阶跃扰动视为阶跃扰动进行分析,将带来较大的分析误差。为此,首先提出一种等效设备法,将非阶跃扰动下系统频率响应转化为一等效系统受到阶跃扰动进行分析;然后,结合等效设备法及设备调频动态的统一结构近似表征方法,对考虑风电低电压穿越过程的系统频率最低点进行量化评估;进一步,针对此类场景优化系统调频参数,提升系统频率最低点;最后,仿真验证了提出的频率最低点的量化评估和提升方法的有效性。

大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真模型

作为频率监视的关键参量和频率控制的决策依据,大功率缺失下频率响应过程中的频率最低点需要被准确估计,包括最大频率偏移和频率最低点时间。提出了一种大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真建模方法。通过对调门扰动响应微分进行多项式拟合,描述了调速器的冲激响应特性。基于各机组调速器响应特性的频域变换,建立了系统等效调速器模型。依据大功率缺失下频率下降过程的形态特征,评估了低阶仿真模型的有效性。算例结果表明,所提建模方法能够显著降低频率响应模型阶数,有效提升仿真求解效率,充分保证了频率最低点的计算精度。

基于功频特性多项式拟合的电力系统暂态频率最低点在线预测模型

准确预测系统受扰后的暂态频率最低点,评估系统暂态频率稳定裕度,对保证低惯量系统安全稳定运行至关重要。该文以高比例新能源电力系统为研究对象,提出一种大功率缺额下系统暂态频率最低点在线预测模型。首先分析同步机调速器的非线性响应特性,提出用高阶多项式拟合其功率–频率响应曲线,实现具体扰动场景下微分方程向代数方程的简化。其次考虑新能源主动参与调频和负荷的频率特性,构建多项式表示的系统功率–频率特性简化模型。最后根据所建立的功频响应模型,推导暂态频率最低点的解析表达式。3机9节点系统、IEEE 39节点系统的仿真结果和华东电网频率试验数据验证所提预测模型的准确性和有效性。

提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越,使得系统承受大容量短时性功率冲击,可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值,带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此,首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型,进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据,综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全,提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法,并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后,在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。

基于转子动能的双馈风机频率支撑优化方法

“双碳”背景下,新能源发电量占比逐年提高,电力系统低惯量、弱阻尼特征显现,双馈风机DFIG(doublyfed induction generator)如何在经济高效运行的同时参与频率支撑,是目前电力系统所面临的主要挑战之一。在双馈风机综合惯量阻尼控制策略的基础上,分析系统的频率动态特性,提出基于风机转子动能的频率支撑策略参数优化设计方法,求解考虑二次频率跌落下满足最小频率偏差的惯量阻尼最优控制系数,最大程度抬升频率最低点,防范系统低频减载等安全稳定措施不必要动作。最后,通过仿真验证了所提基于转子动能的DFIG频率支撑优化方法的正确性和有效性。

新型电力系统最小惯量需求的评估方法

随着新能源装机占比日益增加,系统惯量不断降低,给安全稳定运行带来了挑战。为了增加新能源出力,指导电网运行方式调度,需要对系统最小惯量需求进行评估。本文通过频率动态响应特性,构建了相应的频率响应数学关系,提出了同时考虑频率变化率约束和频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法,并在IEEE39节点网架进行了仿真验证。表明本文所提方法来计算最小惯量需求与仿真结果相差较小,验证了该方法的准确性和有效性,为新型电力系统最小惯量需求评估提供了方法。

新能源电力系统的共模频率分析及其特征量化

分析了功率阶跃后新能源电力系统的频率响应特性,提出了可量化系统共模频率(即频率响应的共模分量)特征的实用方法。首先,提出利用具有统一结构的传递函数模型来描述设备频率–有功功率响应的近似方法,在此基础上形成表征系统共模频率响应特性的简化传递函数模型。其次,基于系统的简化传递函数,获得了描述共模频率最低点和平均变化率等特征的解析表达式,并提出形式简单的"跌落深度系数"及"跌落坡度系数"这两个指标来量化频率的特征。最后,通过算例验证了所提出的频率特征量化方法的有效性。

考虑动态频率安全的风电参与负荷恢复优化调度

针对含大规模风电的电力系统在大停电后负荷恢复阶段的频率安全问题,考虑风电机组的虚拟惯量和一次调频响应过程,基于系统等值摇摆方程构建含风电电力系统动态频率响应模型,推导出初始频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)和最低点频率的解析表达式,并将其作为系统动态频率安全约束;在此基础上,以恢复负荷量最大和恢复时间最短为目标,提出考虑动态频率安全约束的系统多时段恢复优化调度模型,并给出非线性约束的线性化方法,以提高恢复决策的效率;以改进的IEEE-39节点系统进行算例验证,结果表明所提模型能够给出保证频率动态安全的风电、负荷的有序接入及常规机组出力方案,且恢复速度快。

基于改进模糊C均值聚类的广域电网主动频率响应控制典型场景生成

由于广域电网的主动频率响应控制所面临的运行场景数目巨大且控制策略涉及因素众多,需要对运行场景进行聚类,以在保证控制精度的前提下提高控制效率。为此,提出一种基于改进模糊C均值聚类的主动频率响应控制典型场景生成方法。首先,针对各场景下系统频率最低点求解过程复杂、在线求解难度大等问题。其次,依据聚类有效性指标改进模糊C均值聚类算法,求取场景聚类数,建立运行场景与类别间的隶属关系。最后,从保证系统频率安全角度出发,将类内最坏运行场景作为典型场景,为其制定主动频率响应控制策略,对其进行离线验证与在线应用。仿真分析表明,所提方法在主动频率响应控制离线分析与在线应用阶段均可行有效。