基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法

大规模新能源通过电力电子设备并入电网,影响电力系统的动态运行特性。惯量是反映电网抗频率扰动能力的重要特性指标。基于机电扰动传播特性建立数学模型,通过分析扰动传播速度与惯量之间的映射关系,提出了电网母线节点的惯量分布辨识方法,实现对电网不同节点的频率抗扰动能力的在线评估。基于惯量分布结果,进一步评估了新能源接入对电力系统惯量特性的影响。通过IEEE 39节点系统仿真验证了所提惯量分布辨识方法的有效性,分析了新能源接入对电网惯量分布的影响。     

考虑频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量计算方法

针对新能源并网的弱惯量、零惯量特征对电力系统频率稳定的影响,提出一种计及频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量的估算方法。首先,建立系统频率动态响应数学模型,求解惯量中心频率时域表达式。然后,基于频率响应模型求解并分析系统惯量与相关频率稳定性指标的关系,进而计及频率变化率和频率最大偏差约束估算系统临界惯量理论值和计算值。最后,基于临界惯量提出一项电力系统频率稳定性指标,来评估功率扰动后的电力系统频率稳定性,并结合电力系统实际运行惯量得出新能源虚拟惯量参考值。在DIgSILENT PowerFactory中以改进的IEEE 10机39节点新英格兰系统和某区域电网仿真算例对所提计算方法进行仿真验证。     

含风电虚拟惯性响应的新能源电力系统惯量估计

惯量精确估计是分析系统频率安全稳定的前提,现有方法未能定量评估虚拟惯量对电网等效惯量的影响。鉴于此,文中提出了一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。文中首先推导了含风电虚拟惯性响应的电力系统等效惯量理论表达式;其次利用同步相量测量单元（PMU）获取发电装置节点处的有功-频率数据,然后将发电装置的有功输出功率作为辨识模型输入、频率扰动作为输出,利用受控自回归模型（CAR）以及含有遗忘因子的递推最小二乘算法(TFF-RLS)对不同风电渗透率下的全网等效惯量进行评估;最后通过改进的IEEE10机39节点系统验证所提方法的可行性与适用性。与传统辨识方法相比,文中所提方法估计的惯量精确性有所提高,适用于新能源电力系统时变惯量估计。     

考虑频率响应分散性及系统分区的含风电系统等效惯量估计

随着电力系统中新能源机组渗透率的快速提高,系统惯量水平下降将威胁系统频率稳定性,惯量的空间分布特征也将更加凸显,频率响应的分散性将不能被忽略。针对以上问题,提出一种考虑频率响应分散性及系统分区的含风电电力系统等效惯量估计方法。首先,为降低频率响应分散性对估计精度的影响,基于谱聚类算法对电力系统进行分区,并基于皮尔逊相关系数定义频率相似度指标确定区域频率的最优测量节点。其次,由于测量所得的频率变化率(rate of change of frequency, RoCoF)曲线中包含大量的振荡分量,提出一种基于摇摆方程的数值积分方法估计区域及系统全局惯量。最后,在DIgSILENT/PowerFactory中建立改进IEEE10机39节点系统以验证所提方法的有效性。仿真结果表明,该方法适用于不同场景下含风电系统的等效惯量估计。     

基于系统辨识的电力系统惯量在线评估改进方法

虽然基于系统辨识的惯量在线评估方法可以在线评估电力系统惯量,但是目前无法确定最佳的模型阶次,导致误差较大。为提升惯量在线评估的准确性,首先对电力系统正常运行条件下的实测数据进行信号预处理,防止噪声信息造成的过拟合现象,以提高抗噪声扰动能力。其次将发电机的有功功率变化量作为输入,频率波动作为输出,利用AIC准则确定系统辨识模型阶次,使用系统辨识方法建立合适的动态模型。然后利用辨识模型的阶跃响应计算系统惯量,避免惯量在线评估过程中对模型降阶引起的误差。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建仿真系统,验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于差值计算法的系统分区惯量评估方法

随着新能源的大量接入,系统惯量下降且分布不均的特征日益明显,系统频率响应呈现时空分布特性。文中提出了一种基于差值计算法的系统分区惯量评估方法。首先,根据机组间频率响应特性相似程度对系统进行分区,并确定各区域的主导机组。然后,在分区和主导机组选取基础上,提出了一种差值计算方法,测量扰动发生后区域间联络线上功率和主导机组频率,对各区域惯量水平进行评估。该方法所需测量数据较少,只须在区域间联络线和主导机组上测量数据,能够实现惯量评估的在线应用。在PSASP中建立了IEEE 10机39节点系统,验证了所提方法在系统不同运行情况下的正确性,并分析了扰动数据时间段的选取对惯量评估正确性的影响。验证结果表明,所提方法适用于含大规模新能源电力系统惯量评估,具有较高的精度。     

考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化

高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性,使各节点的频率动态异质化明显,导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能,提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先,基于分频器理论,构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次,为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响,提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后,考虑频率空间分布特性,以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标,建立虚拟惯量配置优化模型。最后,通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。     

考虑频率稳定性的新能源电力系统惯量水平多区间评价方法

随着大量新能源机组取代同步发电机接入电网,系统惯量水平的下降将威胁系统频率稳定,但基于频率稳定评价系统实际惯量水平与充裕度的方法仍相对较少。本文通过量化分析惯量与频率动态响应的关系,提出一种新能源电力系统的惯量分区评价方法。首先,基于新能源电力系统频率响应模型求解,并借助提出的惯量灵敏度指标分析惯量对相关频率安全指标的影响。然后,依据频率稳定约束与综合惯量灵敏度指标确定区间边界,构建惯量危险区、惯量敏感区和惯量饱和区三类惯量水平区间,并分析潜在最大扰动功率及调频能力对区间边界的影响。进而,提出惯量安全性系数与充裕度系数评价系统当前惯量的水平高低。最后,在DIgSILENT中建立IEEE10机39节点标准系统,仿真验证了所提系统惯量分区评价方法的有效性与可行性。     

基于先验方差的发电机惯量辨识数据质量评估

发电机惯量是电力系统频率特性分析与在线应用的重要参数。基于发电机正常运行时机端有功功率和频率的类噪声信号可对发电机惯量进行实时辨识。然而实测数据质量存在的缺陷,导致现有算法对实测数据辨识效果较差。为解决该问题,本文以谱分析与系统辨识理论为基础,通过参考系统估计、模型参数方差估计、惯量方差估计三个步骤,建立惯量辨识结果的先验方差统计量,在进行辨识前对类噪声数据段进行评价和筛选,提升了惯量辨识的准确度。基于仿真数据和实测数据的数据评估筛选结果验证了本文提出方法的有效性。结果表明,先验方差较小的数据段,惯量辨识的准确度较高。     

考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估

新能源高占比系统带来的低惯量问题已严重影响大扰动下系统频率稳定性,频率各项指标愈发接近安全域边界。为量化系统频率响应能力,明晰系统运行边界,该文在分析系统惯量需求必要性基础上,提出考虑频率变化率(rateof change of frequency,RoCoF)及频率最低点约束的系统最小惯量需求评估方法。在RoCoF约束方面,将静态负荷电压特性引入评估模型,并根据扰动瞬间功率分配机理对大电网动态频率空间分布特征进行量化;在频率最低点约束方面,通过建立含多类型调频资源的系统频率响应模型进行最小惯量评估。根据所提方法,给出考虑我国电网运行特性及稳定性要求的送、受端系统最小惯量评估方法。根据不同频率约束下的惯量不足,给出可行应对措施,并分析各项措施与最小惯量关系,包括直接增大系统惯量、电力电子电源快速调频、降低扰动功率和放宽频率约束等。最后,采用改动的WSCC 3机9节点系统和大电网系统,验证方法有效性和准确性,为保障系统稳定运行及运行方式安排提供理论支撑。     

基于子空间法的电网暂态频率扰动惯量估计

针对暂态频率扰动下传统惯量估计方法受扰动发生时刻和惯性响应持续时间判断敏感而导致估计误差偏大的问题,文章提出基于子空间法的电网惯量估计思想。通过分析暂态频率扰动发生前、惯性响应及一次调频响应各阶段的电网频率响应模型的冲激响应特征,获得各阶段的电网惯量统一性表达,并将各阶段电网频率响应模型作为相同待估计系统,应用子空间法进行系统模型参数辨识,最终估计出电网惯量。通过算例分析验证了文章方法对电网惯量估计的有效性及精确性。     

基于惯量比的电网频率支撑能力在线评估方法

随着新能源接入比例不断提高，电力系统有效转动惯量逐渐减小以及传统调频资源的稀缺化，电网频率稳定问题日趋凸显。为量化评估电网的频率支撑能力，在分析频率调节动态过程的基础上，指出频率支撑能力应包含惯量响应能力和一次调频响应能力2部分。相应地，设计了能够涵盖跨区送受端电网不同特性需求的惯量比指标；提出了考虑电网运行频率偏差和变化率约束的转动惯量裕度、可承受最大扰动功率和惯量比等指标及其在线评估方法。采用CEPRI36算例和实际电网运行数据，验证了所提频率支撑能力指标及评估方法的有效性与合理性。     

考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法

随着新能源渗透率逐步提高,系统在大功率扰动下的频率稳定问题日益严峻,限制了系统新能源的消纳能力。为了合理规划新能源的接入容量,亟需对系统的最小惯量和一次调频容量进行评估。为此,针对大功率扰动下惯量响应与一次调频响应间的相互作用进行了研究。首先,以传统单机模型为基础,推导出了计及调频死区的频率响应过程表达式。然后,以扰动后的最低频率限值为动态频率稳定约束条件,建立了系统最小惯量与一次调频容量评估模型,估算了系统最小功频静态特性系数和最小惯性时间常数,计算并绘制了惯量响应和一次调频响应的功率曲线。最后,在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中搭建了IEEE 10机39节点模型,验证了所提最小惯量与一次调频容量评估方法的准确性和研究价值。     

基于估测惯量计算的低频减载方法

新能源发电接入系统的控制方式的不同会给系统的惯量带来不同的影响,研究了基于估测惯量系统功率缺额实时计算方法。首先分析了现有低频减载装置计算系统功率缺额算法的不足。针对这些不足,研究了电压偏移对系统有功缺额的影响,并给出了量化算法;根据扰动后负荷的响应信息,提出了实时辨识系统惯量的方法,由此得到基于估测惯量的系统功率缺额实时计算方法,进而得到最优的自适应切负荷方案。在IEEE 39节点系统下进行孤岛系统的仿真,验证了研究得出的电压偏移对系统有功缺额的影响,以及系统惯量的实时辨识、系统功率缺额实时计算的准确性和有效性。与传统的分轮次动作的低频减载方案相比,所提方案的负荷减载量以及动态频率偏移相对更小,频率恢复稳定能力更强。     

一种基于信号相关性的低频振荡辨识方法

相量测量单元(PMU)被广泛用于电力系统数据实时采集和状态监测,为电力系统的稳定运行提供了可靠的信息保障。在电力系统受到扰动的情况下,动态过程中会包含低频周期性衰减成分分量,也可能体现为低频振荡。基于PMU实时采集信号,构建了一种针对低频振荡的相关辨识方法,可有效辨识系统因短时扰动而产生的低频振荡模式,并通过量化系统动态过程振荡强度来准确辨识起振时间。通过仿真计算和针对实际变电站PMU采集信号的辨识计算,验证了此方法的可行性。此方法在实际变电站受到短时扰动的情况下可在短时内准确辨识出低频振荡成分的频率、幅值、衰减系数和动态过程的起止时间等参数,并能够较好地复原系统由受扰至恢复的动态过程,为电力系统的低频振荡辨识提供了一种可行的新方法。     

电力系统机电暂态过程主导动态参数的在线辨识

电力系统机电暂态仿真模型参数的不准确导致了仿真结果和实际量测的明显差异，限制了其在线应用。多年来,基于现场试验测试的动态参数辨识技术有了长足发展，但离满足工程准确性的要求还有相当长的研究路程。基于对电力系统实际动态过程量测的动态参数在线辨识方法是解决问题的一个途径。该文从发展在线机电暂态过程仿真-预测及安全稳定控制的需要和特点出发，研究了基于PMU/WAMS的主导动态参数在线辨识的系统算法。研究表明，应用Volterra级数降阶和模式分类及映射技术，可依据较少的量测信息，对系统中的主导动态参数进行在线快速辨识，弥补了现有电力系统动态元件辨识算法用于在线时要求量测数据丰富和计算量大的问题，为实现电力系统的在线实时辨识-仿真预测并进而实现在线实时控制系统打下了基础。文中给出了EPRI36节点系统和某省网级系统的主导动态参数在线辨识仿真结果，验证了所提出方法的有效性。     

基于状态空间模型与PEM迭代算法的电力系统惯量辨识

惯量是保障电力系统频率安全稳定的重要参数之一,因此需对其进行精确的在线测量。针对当前采用的系统辨识方法测量精度不高的问题,研究系统辨识中算法模型的选择对测量结果的影响。首先,分析比较现有的传递函数模型、自回归滑动平均模型以及子空间辨识模型进行惯量辨识的测量原理。其次,从惯量响应初期阶段数据匹配的角度,提出基于PEM迭代算法的状态空间估计模型。最后,搭建10机39节点电力仿真系统,验证了所提辨识模型的正确性。并在不同功率扰动程度以及不同采样时间窗口下,分析4种辨识模型的适用性,为确定系统最优辨识模型提供参考依据。     

考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法

准确评估电力系统惯量是保障高比例新能源接入后系统安全稳定运行的基础。由于新能源出力具有不确定性，其虚拟惯量响应能力难以量化评估。据此，本文提出一种考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法。首先分析新型电力系统惯量特性，明确系统惯量与频率、功率波动量之间的数学关系；构建考虑新能源不确定性的系统辨识模型，采用鲁棒最小二乘法求解待辨识系统惯量参数；最后通过含风电场的四机两区系统仿真验证了本文方法连续实时评估的有效性及准确性，具有较强的工程适用性。     

新型电力系统背景下基于自适应参数估计电力系统惯量快速估计方法

随着“双碳”相关政策在我国的大力推行,新能源渗透率的提高造成了电力系统惯量降低,进而影响了电力系统的稳定性。基于自适应参数估计对高比例新能源系统的惯量进行估计,结合电力系统频率响应模型,构建了描述电力系统动态响应的回归方程。提出了一种基于预定义时间动态回归扩展和混合估计器的参数估计算法,实现对高比例新能源的惯量估计。在改进的某14机59节点中进行了仿真分析,结果表明,所提惯量估计算法能够较好地估计电力系统的惯性常数,并有效提升了电力系统频率的稳定性。     

基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测

新能源大规模并网使得新型电力系统的暂态频率响应特征更加复杂,现有频率在线预测方法难以兼顾准确性和及时性。基于此,提出基于自适应时间窗的数据-模型融合驱动暂态频率预测方法。首先,基于长短期记忆网络,离线训练多个具有不同长度时序数据输入的频率曲线循环预测模型;其次,利用参数辨识方法离线建立各发电集群的通用等值频率响应模型,在此基础上构建系统有功-频率物理机理快速分析模型;最后,串行融合前述频率曲线循环预测模型与有功-频率物理机理快速分析模型,并提出“可信度量化评估指标”,实时分析在线预测过程中不同评估时刻下预测结果的精度,自适应调整输入时序数据长度,直至预测结果满足要求并输出。含风电的IEEE39节点系统的仿真结果表明,所提方法在不同风电渗透率或不同扰动下均能快速、准确地预测暂态频率响应曲线,相较于其他在线预测方法具有更优的评估性能。