新能源快速调频技术路线及对比

高占比新能源渗透率不断提高,电网传统惯量逐步下降,经受大、小扰动系统调频变化率增大,调频特性控制难度加剧.快速调频响应FFR(Fast Frequency Response)为一次调频响应争取时间,为低惯量系统在一次调频响应前不达到系统低周减载的限值提供了新方式.从典型FFR改造、技术路线和对比等方面总结了FFR改造开...     

考虑频率约束及风电机组调频的风电穿透功率极限计算

随着风电渗透率持续增加以及虚拟惯性/一次调频控制技术逐步推广应用,准确计算风电穿透功率极限对于确保电网安全稳定运行和指导风电并网规划建设具有重要意义。为此,文中定量表征了风电场虚拟惯性响应特性,并采用传递函数模型表示风电场一次调频响应特性,进而建立了包含风电场、同步发电机组调频控制的电网等值转子摇摆方程,用于描述电力系统频率响应特性。在此基础上,以电网稳态频率偏差约束和频率变化率约束为边界条件,提出了风电穿透功率极限的解析求解方法。最后,通过IEEE 14节点系统算例验证了所提方法的精确性和有效性。     

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。     

提高风电消纳水平的低惯性电网参数优化

针对风电并网导致的电网惯性及系统频率调节性能不断降低的问题,为维持电力系统频率稳定,提高对新能源的消纳能力,提出了一种低惯性电网调频参数的优化方法.首先构建了考虑风电参与调频的低惯性电网频率响应模型,对系统特性进行分析;然后以频率约束为条件,对风电消纳能力的最大值进行求解,并以惯性参数和风电参与调频参数为对象,通过对目...     

MGP提升光伏发电系统惯性响应和频率调整能力的研究

新能源通过变流器并网,由于采用电网频率定向和最大功率跟踪控制使其不具备惯性响应和频率调整能力,同步电机对(Motor-generator Pair,MGP)成为解决这一问题的可行方案。本文给出了光伏经MGP并网结构和运动方程,针对负荷变化引起的长时间尺度的电网频率变化分析其惯性响应和参与调频的原理。在此基础上,提出了改进直流电压反馈控制方法,通过在控制环节中引入减载率使得调频范围增加。分别搭建了多机的仿真模型和实验平台,通过与传统火电厂和光伏通过逆变器并网的频率响应对比得出,MGP可以有效提升光伏发电单元的惯性响应和频率调整能力。     

基于动态任务系数的储能辅助风电一次调频控制策略

针对高风电渗透率下的频率恶化问题,提出一种基于动态任务系数的储能参与一次调频的综合控制策略.首先,在惯性响应阶段采用虚拟惯性控制和虚拟下垂控制;在一次调频阶段采用虚拟下垂控制和虚拟负惯性控制.其次,基于双曲正切函数分别构建适应于惯性响应阶段和一次调频阶段的动态任务系数模型,根据频率偏差变化率和频率偏差的变化,动态调整一次调频过程中虚拟惯性控制、虚拟负惯性控制及虚拟下垂控制所承担的调频任务比例.根据储能荷电状态(SOC)和系统最大频差来调整负惯性控制单位调节功率,从而加速频率恢复;在虚拟下垂控制的基础上,提出变虚拟下垂控制单位调节功率方案,使虚拟下垂控制单位调节功率随SOC自适应变化.最后,以某区域电网为例,在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动工况下验证了所设计策略的有效性.     

风机惯量支撑对电网频率跌落特性的影响

大型同步电网中新能源渗透率日益增长，不具备惯量响应能力的新能源机组可能会削弱系统的惯性。针对这一问题，学者们提出了多种风机惯量支撑方式，并在IEEE标准算例系统中验证了风机惯量支撑的效果，但关于风机惯量支撑对同步大电网频率暂态稳定性影响的研究较少。为此，首先从故障时间梳理、典型算例仿真和数学模型分析三个角度出发，分析了新能源渗透率提升后同步大电网发生功率缺额事件的频率跌落特性。然后以此为基础，研究了风机惯量支撑对大电网频率跌落特性的影响。最后分析了风机同时进行惯量和一次调频支撑时，惯量响应对一次调频发挥功率支撑作用的影响。研究结果表明：不同的风机惯量支撑方式对系统频率跌落特性的影响差别较大，某些惯量支撑方式可能会加剧大电网频率跌落的幅度。     

考虑风储协调运行的频率控制策略研究

随着电网中风电渗透率逐渐升高,研究风电机组的频率控制特性对于提高系统安全稳定运行水平意义重大。与常规同步发电机基于惯性响应、一次及二次调频向系统提供频率支撑不同,双馈风力发电机一般采用电力电子变换器并网,导致其对于系统频率波动几乎没有响应。为此,已有文献提出了不同的风力发电机频率控制策略以提高频率响应。然而,现有控制策略在面对风速较低的运行场景中控制效果极其有限,导致实用性不强。针对上述问题,提出了一种考虑风储协调运行的频率控制策略,以提高双馈风力发电机的调频能力。该控制策略能灵活协调风力发电机和储能设备的有功输出,使得风储联合系统在低、中、高风速不同工况中表现出良好的虚拟惯量控制能力。     

两级式单相光伏逆变器并网过电压抑制策略研究

电网中大量新能源替代常规同步发电机机组导致系统惯性时间常数降低,调频能力不足,频率波动增大。基于光伏机组高度可控特性,提出一种考虑变工况的光伏下垂控制与二级电容响应的调频策略。模拟传统调频过程,策略同时考虑惯性响应和下垂控制响应,由直流电容和光伏减载备用分别承担两项调频功率,最大化利用调频资源。所提策略通过运用改进频率变化率测量法,优化惯性响应;通过光照参数估算确定实际最大功率值,以适应变化运行工况;自适应下垂系数能适应光伏实际出力,在可用功率范围内向上/向下调整系统频率。PSCAD仿真验证表明,所提策略能够最大化利用光伏现有调频资源,对于变化工况的适应性良好,能够在不超光伏运行极限基础上有效改善系统频率响应。     

考虑SOC的电池储能系统一次调频策略研究

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)以其控制精度高、响应速度快等优势被广泛应用于电网中。为充分发挥BESS参与电网一次调频的优势,提出一种基于荷电状态(State Of Charge,?SOC)与频率偏差的综合控制方法。首先,为了改善电池循环寿命,设计基于荷电状态SOC的下垂系数与虚拟惯性系数。引入基于频率偏差的加权系数将下垂出力与虚拟惯性出力相结合,在频率偏差较小时增加虚拟惯性出力权重以稳定频率,在频率偏差较大时增加下垂出力权重以快速调节频率偏差,并在频率偏差超过一定限度后进行故障穿越时的频率支撑,而当电网状态变好且SOC较低或较高时进行SOC恢复。其次,提出BESS参与电网一次调频的评价指标以定量评估所提策略的调频效果及SOC维持效果。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建BESS仿真模型,并在阶跃负荷扰动、随机负荷扰动、瞬时性短路故障及光伏间歇性出力扰动工况下仿真验证所提策略的调频效果及SOC维持效果。仿真结果表明,所提策略能实现较好的调频效果并将SOC维持在合理区间内。研究成果为BESS成套设备生产厂家合理设计控制保护参数提供参考,对提升BESS涉网性能具有实际意义。     

大规模双馈风电机组参与调频的电网自适应低频减载策略

大规模风电参与惯性控制和一次调频会对电网频率特性产生显著影响,而现有的低频减载方法尚未考虑该影响,可能引起频率轨迹失真和负荷切除不合理问题。鉴于此,以双馈型风电机组为例,研究将风电虚拟惯性响应时变特性参数和一次调频响应系统模型融入低频减载过程的方法,提出了改进低频减载策略和负荷切除决策模型。首先,通过求解含风电虚拟惯性响应的电网等效惯量(具有时变特性)、检测频率变化率,计算低频减载首轮起动时刻的实时功率缺额。然后,定量表征风电一次调频及负荷调节效应先抵消部分的实时功率缺额,剩余功率缺额则由自适应低频减载策略分批切除。最后,理论研究及算例分析结果表明,所提低频减载改进策略和模型能更客观地反映电网频率特性,负荷切除量明显更小,体现了大规模风电参与调频对低频减载的有益影响。     

电力系统调频控制相关的频率振荡问题

电网中多次出现不同于传统低频振荡的频率振荡问题,和调频控制过程强相关。基于一个三区域系统,采用特征值分析和时域仿真的方法,分析了系统中不同类型的振荡模式及其表现。除功角振荡模式外,系统中包含超低频的一次调频(PFR)模式和振荡频率更低的自动发电控制(AGC)模式。功角振荡模式下,机组转速和区域电网频率相对振荡,而PFR模式和AGC模式下电网频率整体振荡,是频率振荡模式的一个根本特征。根据分析结果,PFR模式下主要是PFR参与动作,而AGC模式下主要是AGC参与动作,并提出了根据不同变量参与因子辨别频率振荡模式并区分PFR模式和AGC模式的方法。分析结果初步厘清了不同类型频率振荡模式的表现和区别。     

基于电力网络一次调频动态模型建立及仿真

传统一次调频(PFR)模型忽略网络和电厂炉侧主蒸汽压力约束;不计主蒸汽压力对发电机出力影响,认为发电机功率-频率响应是线性关系。充分考虑锅炉、汽机、负荷、电网之间相互配合和制约关系,考虑发电机频率响应的非线性因素并建立了基于实际电力网络的PFR动态模型。该模型可用于分析电力网络各环节PFR动态响应对频率稳定的贡献,体现发电机、负荷和电网动态PFR综合能力。通过对IEEE 30节点系统进行仿真,分析了网络、炉侧对PFR的影响、约束对PFR的影响和线路跳线故障,并得出结论:当机组运行在上限、限载或部分机组没有并入PFR都会使电网的PFR能力下降;系统管理者应正确管理PFR服务,加强参数管理,合理调度潮流,使机组尽量不在接近约束的情况下运行,确保机组在需要时能释放出PFR容量抑制频偏;频偏出现后,系统管理者应合理调度二次调频(SFR)使频率尽快返回基值,并使系统整体PFR能力得到恢复。     

一次调频在线智能监测及评价系统在河南电网的应用

在阐述现有一次调频考核方法的基础上,分析和对比了机组一次调频性能评价标准,提出了一种考核电量及经济补偿规则。结合现场已经具备PMU硬件条件的基础上,完成开发并将一次调频在线智能监测及评价系统在河南电网顺利实施,该系统具有较高的智能特性,系统不仅能自动识别频率扰动事件,而且能够统计出动作特性较好及较差的机组,便于事后分析。通过河南电网机组一次调频性能提高的事实,得出河南电网一次调频智能在线监测及评价系统更科学、更合理的结论。     

大电网中虚拟同步发电机惯量支撑与一次调频功能定位辨析

随着可再生能源渗透率的不断提高,同步电网的惯量和一次调频的能力都在不断下降,而如果可再生能源发电采用虚拟同步发电机(VSG)技术,则可以在大功率缺额冲击下对减小系统频率变化率和频率偏差做出应有的贡献。针对VSG研究中惯量支撑与一次调频功能定位不清晰的现状,亟须明确VSG在大电网中应用时此两者的功能定位需求。文中深入分析了VSG的惯量支撑功能及其物理意义,推导了VSG的惯量支撑功率表达式,辨析了VSG惯量支撑功能与一次调频功能的定位区分,仿真分析了VSG在大型同步电网频率事故过程中采用不同控制功能对系统频率变化的作用。最后指出,在大型同步电网中,一次调频能力下降比系统惯量下降所带来的影响更为严重,因此较之于短时的惯量支撑功率,系统更需要VSG发挥一次调频功率的持续支援作用。     

基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略

针对双馈风电机组(DFIGs)不具备调频控制能力的问题,设计DFIG一次调频控制策略,实现了DFIG参与电网一次调频。研究DFIG功率控制原理和频率响应过程,并考虑虚拟惯量、频率下垂控制对应的响应时间尺度不同,提出基于虚拟惯量和频率下垂控制的DFIG一次调频策略,增强了DFIG应对频率变化时的暂态和稳态功率调节能力。基于RT-LAB软件搭建了DFIG频率响应控制的半实物仿真平台,仿真与实测结果验证了该方法能够有效提高DFIG电网频率适应性。     

广东电网统调机组一次调频性能评价系统的实施

在介绍广东电网统调机组一次调频性能评价系统功能结构、数据流程的基础上,重点分析和对比了机组一次调频性能评价的3种方法——基于参数实测的评价法、基于调频电量的评价法、综合性能评价法,得出采用综合性能评价法更合理、更全面、更严格的结论。对广东电网两次频率扰动事件中统调机组一次调频评价结果进行统计和分析,说明建设机组一次调频性能评价系统的重要性。     

考虑频率响应过程的风储联合调频策略及储能系统优化配置方法

风能接入电网后会对系统频率产生负面影响,制定合理的风储联合调频策略可以减小风机并网引起的频率波动.为了准确分析风储联合调频策略的经济性,首先结合电网、风机与储能系统特性,考虑电网与风机的惯性后对风储联合系统进行建模,模拟了风储联合调频时的频率响应过程.然后确定调频功率、风功率及系统频率的关系,结合调频效果确定调频系数,并改进了备用容量的配置策略与调频功率的分配策略.最后以调频成本最小为目标建立了优化模型,使用粒子群优化算法对储能系统的最优配置进行求解.算例结果表明,采用的风储联合调频策略及储能系统优化配置可以有效降低调频成本,提高风储联合系统的经济性.     

分布式电源并网惯性功率补偿研究

虚拟同步电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)通过引入转动惯量提高系统频率稳定,但相较于分布式电源(Distributed Generation, DG)传统并网模式,其控制算法复杂,设备成本高,惯量设置分散。针对如何在不改变现有DG传统并网系统的前提下,更简单经济地增加系统的转动惯量展开研究。首先,分析虚拟同步电机暂态响应过程,经过功率解耦分解出转子惯性功率。然后,基于转子惯性功率响应特性和超级电容的运行特性,借鉴静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC),提出静止惯性补偿器(Static Inertia Compensator, SIC)的概念。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证所提想法的有效性。结果表明,SIC通过检测频率变化情况向节点提供惯性功率,可以提高系统转动惯量从而增强系统频率稳定,能够达到虚拟同步电机稳定频率的效果。