电力系统动态频率响应时空分布特征量化描述

由于网络在地理上分布不均匀、机组及其控制器参数差异,以及不同区域负荷特性不同,大型互联电力系统的动态频率响应时空分布特征显著。讨论了动态频率响应时空分布特征及研究方法;为便于讨论,定义了观测空间、响应时间以及响应线性区间。提出基于观测空间的频率响应时空分布特征量化描述方法：通过计算扰动后各观测点处频率线性变化区间内的平均变化率、对扰动的响应延时、频率偏移最大量及延时、过渡过程中主导振荡模式的阻尼比来描述系统动态频率响应时空分布特征。基于上述方法,可得到频率响应时空分布特征矩阵,从而可较好地通过微观变量来量化描述系统的宏观动态行为。讨论时空特征矩阵的潜在应用领域,并给出以观测点的响应延时估计扰动位置的示例。以华北互联电网为例进行了仿真计算,验证了所提出方法的有效性。     

考虑频率时空分布特性的输电线路规划

针对电网规模逐渐扩大、频率特性日趋复杂、现有规划方法不足的现状,提出一种考虑电网频率时空分布特性的输电线路规划方法。分析了系统发生有功扰动后电网频率时空分布机理,并给出了考虑时空分布后系统发电机的频率响应模型;介绍了电网频率时空分布的分析方法,并用频率变化、响应速度等作为量化指标衡量电网频率的稳定性;进而提出了一种基于频率时空分布的电网扩展规划方法,弥补了现有规划方法的不足。基于PSD-BPA仿真平台,以山东电网为例验证了所提规划方法的有效性和所提量化方法的可靠性。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

基于时间差定位法的电力系统扰动源定位

在大规模互联电网中系统频率动态具有时空分布特性,且传播速度远低于光速。借助电网频率动态的传播特性及不同节点处频率响应的时间差对电网的扰动源进行定位,首先利用Floyd算法计算各节点之间的最短传播路径,根据传播路径的物理参数确定传播速度,然后借助时间差定位法（TDOA）对电网的扰动源进行定位,最后将所提方法应用于3机9节点系统和某实际电网,分析结果表明该方法能够有效地对电网的扰动源进行定位。     

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。     

基于FNET实测数据分析川渝电网频率动态特性

电力系统频率动态监测网(FNET)在川渝电网实现了对频率的同步测量。基于FNET实测频率数据,评价了近几年川渝电网频率质量;呈现了川渝电网频率的时空分布特性;采用统计学方法研究了扰动后川渝电网的频率恢复能力;利用TLS-ESPRIT辨识方法提取川渝电网低频振荡信息,观测到0.25 Hz模式下成都和攀枝花之间的弱阻尼低频振荡现象。相关结论有助于认识川渝电网频率质量和动态特性,完善川渝电网稳定控制方案。     

基于实际交直流互联大电网的机电扰动传播

以我国南方电网系统为蓝本,研究机电扰动在实际大电网中的传播特性。分析电力系统频率时空分布特性,给出扰动传播速度的估算方法;利用PSD-BPA机电暂态仿真程序模拟系统中不同位置发生切机故障时的频率响应特性,估算出扰动传播到各观测点的时间和速度,对比分析得出扰动在实际大电网中的传播特性;针对纯直流连接的异步互联电网,仿真研究送受端电网的频率响应特性以及受端电网扰动对送端电网的影响,并讨论直流系统传播扰动的机制。最后对本文工作得出的结论进行总结,为今后基于机电波理论研究互联大电网广域稳定控制提供参考。     

大型火电机组动态频率响应特性

当电网发生解列故障时大型火电机组的动态频率响应特性对于维持系统频率安全和稳定具有至关重要的作用。以频率最大偏移量及其出现时刻为研究关注点,建立了解列后大型火电机组频率调节动态模型,提出一种通过求解四阶线性定常非齐次状态方程组确定频率最大偏移量及其出现时刻的方法。以此为基础,采用一台600MW火电机组的实测参数,深入分析了机组一次调频限幅、调差系数、前馈系数3个重要参数对解列后电网频率动态过程的影响。研究结果可用于指导解列后电网频率安全稳定措施的制定。     

异步联网方式下云南电网超低频振荡的抑制措施与试验

在云南异步联网验证性试验过程中,云南电网频率出现了长时间的超低频率振荡现象,威胁电网的安全稳定运行。在单机系统及BPA仿真系统下分析了水电机组调速器不同参数以及直流频率限制控制器对频率稳定性的影响,通过仿真计算提出了调整云南水电机组调速器死区、优化PI参数等措施,并比较了不同措施的特点。经过实际电网大、小扰动试验验证,本文所提措施可以有效解决异步后云南电网的超低频振荡问题。     

增强型调速器对电网超低频振荡稳定性的影响

研究了水电机组增强型调速器对电网超低频振荡稳定性的影响。根据增强型调速器主要改进了一次调频死区的特点,利用考虑一次调频死区的调速模型,推导了计及电网稳态频率偏移量的增强型调速器一次调频死区的描述函数,给出了基于描述函数的增强型调速器对电网超低频振荡稳定性影响的理论分析结果,并在单机带负荷系统和云南电网中进行了仿真验证。结果表明,增强型调速器对超低频振荡稳定性的影响与不含一次调频死区的调速系统的稳定性、电网稳态频率偏移量以及扰动大小等因素相关,当电网稳态频率偏移量等于死区设定值时,增强型调速器机组的超低频振荡会发展成自激振荡。     

一种提高系统频率响应特性的风储协调控制策略

风电并网规模的不断扩大削弱了电力系统的惯量水平,给频率稳定带来巨大挑战.通过分析不同风速下双馈风机(DFIG)参与惯性响应的能力,给出了一种风速分段方法,从而确定DFIG参与调频的风速范围.在此基础上,提出了一种DFIG与储能技术联合的调频控制策略,根据系统惯性响应和频率恢复2个阶段的频率变化特点,制定风储协调出力模式:在惯性响应阶段,通过虚拟惯性控制使DFIG释放转子动能以阻止频率跌落,并采用超速控制将DFIG转速变化分配至最大功率点跟踪控制运行点两侧以改善调频效果,同时逐渐增加储能系统的输出功率对DFIG后期的调频功率下降进行补充;在频率恢复阶段,将DFIG退出调频模式以避免虚拟惯性控制从系统索取能量,主要依靠储能系统出力辅助同步发电机加快完成一次调频.算例仿真结果表明所提方法能够有效改善系统的频率响应特性,避免二次频率事故的发生,提高了系统的频率稳定性.     

基于小波分析频差性的电力电缆故障测距

为了提高电力电缆在线单端故障测距方法运用到放射状中压配电系统的准确性,研究了电压行波在配电系统不同地点的反射和透射频差特性,运用小波变换结果模极大值确定电压行波到来时刻的同时,利用所选小波滤波器相频特性提炼电压行渡信号携带的原有频差特性信息.有效地判断出到达母线的第2个行波是故障点反射波还是对端母线反射波.基于某变电站出线构建EMTP仿真模型,仿真结果表明这种利用小波分析频差性的电力电缆在线单端故障测距方法能够较精确地寻找到故障点.     

电力系统频率问题浅析与频率特性研究综述

现代电力系统的发展使得系统频率特性更加复杂化,同时系统安全稳定经济运行对频率稳定提出了更高的要求,电力系统频率问题日益显著,关于系统频率特性的研究涌现并被应用于保障系统安全稳定运行。首先回顾了近年来国内外电力系统频率事故的发展过程并结合事故过程中频率特性分析事故原因,结合现代电力系统的特点从多角度分析了高比例电力电子接口装置接入对电力系统频率特性的影响,然后以单机模型为例分析了机组参数对电力系统频率动态过程的多重交互影响,并总结了系统惯量估计、发电机组调频性能监测和两者共同作用对系统频率动态行为影响监测的相关研究及应用情况。最后提出了在未来系统频率特性领域值得探索研究的问题和方向。     

电力系统频率动态与功角振荡的耦合特性分析

为探究频率动态与功角振荡间的耦合特性，文中以双机系统为例推导扰动后系统稳定电网频率动态特性和功角振荡机理，基于扩展等面积准则(extended equal area criterion,EEAC)扩展至多机系统，提出了基于Pearson系数的耦合强度量化评估指标，根据频率动态特征和功角振荡特征对耦合关系进行量化。文中分析了功角振荡对频率动态特征指标的影响，量化评估了不同频率动态指标与功角振荡指标的耦合强度。理论分析和算例结果表明构建的指标体系具有合理性，电力系统的频率动态与功角振荡相互耦合，为频率和功角的优化控制措施提供了参考。     

高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法

提出了一种高风电渗透率下考虑电网频率支撑需求的储能系统配置方法.以频率变化率和频率偏差为限制条件,建立新能源系统所能承受的最大功率增量与等效惯性常数、调差系数以及风电渗透率等已知参数的联系.通过对3阶虚拟同步机控制策略下的储能系统容量与控制参数进行量化配置,提高不同风电渗透率系统对不平衡功率的消纳能力.以储能配置在频率支撑中贡献的等效单位调节功率为参考,对不同功率增量下储能系统的频率响应贡献、调频出力占比以及输出功率特性进行刻画与分析.仿真验证了该配置方法下的储能系统可控性强,能够较为精准地提供电网所需的有功调节量,有效改善风电并网环境.     

考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析

以风电、储能、柔性直流输电为代表的高比例可再生能源和大量电力电子设备的并网,使得电网中传统火电的比例下降,这将在一定程度上影响电力系统的频率稳定性。为定量分析风电、储能、柔性直流输电系统参与调频下电力系统的频率特征,首先提出多种调频资源参与调频下的电网频率特征定量分析总体思路,建立风-储-直调频频率响应模型。然后基于频率特性传递函数对电力系统稳态频率偏差、初始频率变化率、最大频率偏差和频率安全裕度进行理论推导;且定量分析了稳态频率偏差变化规律以及惯性时间常数、辅助调频单元控制比例系数对频率稳定性的影响,并计算稳态频率偏差与功率扰动的关系。最后,基于仿真软件验证了所提分析方法的可行性和有效性。仿真表明所提方法可有效定量分析电力系统频率特征,可为双高电力系统下电网频率安全稳定运行与控制提供指导依据。     

Uncertainty modeling of wind power frequency regulation potential considering distributed characteristics of forecast errors

Large-scale integration of wind power generation decreases the equivalent inertia of a power system, and thus makes frequency stability control challenging. However, given the irregular, nonlinear, and non-stationary characteristics of wind power, significant challenges arise in making wind power generation participate in system frequency regulation. Hence, it is important to explore wind power frequency regulation potential and its uncertainty. This paper proposes an innovative uncertainty modeling method based on mixed skew generalized error distribution for wind power frequency regulation potential. The mapping relationship between wind speed and the associated frequency regulation potential is established, and key parameters of the wind turbine model are identified to predict the wind power frequency regulation potential. Furthermore, the prediction error distribution of the frequency regulation potential is obtained from the mixed skew model. Because of the characteristics of error partition, the error distribution model and predicted values at different wind speed sections are summarized to generate the uncertainty interval of wind power frequency regulation potential. Numerical experiments demonstrate that the proposed model outperforms other state-of-the-art contrastive models in terms of the refined degree of fitting error distribution characteristics. The proposed model only requires the wind speed prediction sequence to accurately model the uncertainty interval. This should be of great significance for rationally optimizing system frequency regulation resources and reducing redundant backup.     

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。     

考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合

随着电源结构与电网形态的转变,互联电力系统频率时空分布特征日益显著,区域频率差异与区间联络线功率振荡增大,基于统一频率假设的频率安全约束机组组合方法不再适用。针对考虑频率时空分布特征的两区互联电力系统安全约束机组组合,推导区域频率与区间联络线功率闭式解,并基于闭式解的两项划分,推得区域频率最低点、最大变化率、准稳态值以及区间联络线功率振荡峰值、准稳态值等一系列解析安全量化指标。基于所得指标,构建考虑区域频率与区间联络线功率安全约束的机组组合模型。并根据调度模式与指标特点,提出兼顾区域能力保障与区间能力协调的两级两阶段迭代求解算法。结果表明,所得指标可准确描述两区互联电力系统的安全特征,所提模型和算法可有效保障两区互联电力系统机组组合方案的运行安全。     

多端柔性直流输电系统动态附加频率控制策略

附加频率控制利用基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统直流电压变化传递故障交流系统频率变动,促使非故障交流系统所连电压源型换流器(VSC)消纳不平衡功率参与频率调节。然而固定下垂系数灵活性不足,在不平衡功率分配时忽略VSC实时运行状态与交流网络稳定性,无法保证系统参与频率调整的同时安全稳定运行。通过研究频率变动造成的功率不平衡量分配和直流电压下垂系数的定量关系,提出一种计及系统运行状态的VSC-MTDC动态附加频率控制策略,将VSC功率裕度和交流网络频率变化量引入下垂系数,动态调整不平衡功率的分配比例。仿真结果证明,应用动态附加频率控制进行频率调节后,频率偏差较小的交流网络在所连VSC功率裕度较大时能承担更多不平衡功率,而频率偏差较大的交流网络所连换流站不平衡功率配比下降,VSC-MTDC系统安全稳定运行水平得到显著改善。