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。     

大功率缺失下频率响应负荷聚合建模与分散控制方法

为了充分利用海量分布的频率响应负荷资源,提出一种大功率缺失下频率响应负荷聚合建模与分散控制方法。首先,建立频率响应负荷聚合功率模型,对某省级电网典型场景下的负荷聚合潜力进行评估;在此基础上,基于离线典型场景和在线状态更新这2种方式,提出频率响应负荷分散动作策略制定方法,通过负荷分散动作响应阶段和恢复阶段的控制参数整定,实现频率响应负荷的快速响应和有序恢复;最后,通过某省级电网算例进行仿真验证。仿真结果表明了大功率缺失下频率响应负荷分散控制策略的有效性。     

考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。     

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。     

电力系统频率响应的改进模型与参数估计

近年来,多种因素导致电力系统频率大波动事故时有发生。而目前对电力系统调频能力预估误差较大,有必要采用电力系统频率响应(SFR)模型计算频率的动态响应。文中分析了SFR经典模型的不足之处,据此改进了SFR模型结构,其中考虑了等值调速器的动态特性。进而提出了SFR改进模型的参数估计方法,先直接计算获得部分参数,然后加入保证稳态一致性的参数约束条件,最后辨识获得其余参数。通过仿真算例对频率响应进行了计算,验证了SFR改进模型结构与参数估计方法的有效性。结果表明,SFR改进模型能够有效表征系统频率响应的主要指标,其精度显著高于SFR经典模型。     

计及多频率调节因素的孤岛频率协调控制方法研究

相对于大电网支撑条件下系统频率变化特性,电力系统孤岛运行状态中频率变化的敏感性区别于传统频率变化特性。面向电网孤岛运行模式,考虑频率变化过程中发电机调节因素与负荷频率特性调节因素的综合约束,建立频率变化过程的动态模型,采用分段法综合分析发电机调速器模型与负荷频率特性的频率响应过程,提取影响因素的特征变量,并协调多特征变量的控制作用,提出针对于孤岛运行方式下频率控制方法。依据本地区实际电网作为仿真算例,搭建系统运行的仿真模型,应用提出的频率协调控制方法,形成相应的频率调节方案。仿真结果证明了该频率控制方法的可行性,提高了孤岛电网的安全稳定运行水平。     

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。     

基于响应特性的原动机及调速器建模与参数辨识

研究了原动机及调速器的实测建模问题。通过分析燃煤机组与燃气轮机在进行转速阶跃试验时的典型响应特性,提出一种新的原动机及调速器模型,即响应特性模型。根据模型的前提条件,指出了该模型的适用范围。应用响应特性模型以及单纯形算法,对某电厂的原动机及调速器进行了参数辨识,并利用系统发生频率大扰动时的数据进行校核。仿真值与实测值的对比表明,采用响应特性模型并结合实测的参数,在定性与定量两方面,均能较好地模拟实际的原动机及调速器。     

背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略

相较于交流同步互联电网,低快速频率响应能力的直流异步互联电网频率稳定形势更为严峻.基于主动频率响应控制思想及其框架,提出大功率缺失下的背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略.建立了背靠背直流互联系统网络结构模型及背靠背换流站控制系统模型,计及扰动后背靠背直流互联系统及频率响应动态特性,提出了一种基于模型预测算法的主动频...     

计及调速器特性的低频切负荷方案的设计及分析

采用计及调速器的发电机经典模型,设计不同的低频减载方案,并对这些方案在不同系统功率缺额下进行低频减载频率变化的动态仿真来研究计及调速器时低频切负荷频率响应特性。定义了描述系统频率变化特性的指标参数,基于这些参数对仿真得出的频率响应特性曲线进行了定量分析和比较,讨论了切负荷方案设计中动作频率的整定对切负荷效果的影响。最后总结出了在计及调速器时低频切负荷方案设计中动作频率整定应遵循的规律,并给出了切负荷方案与发电机调速器相互协调、配合的关系。     

计及调速系统详细模型和调频备用的大扰动下频率最低值预测方法

随着新能源占比的提升,系统惯性降低、调频资源减少,系统频率稳定问题严峻。因此在新型电力系统运行方式多变的背景下,如何快速精准评估大功率扰动下系统频率安全指标显得尤为重要。其中频率最低值指标由于与多种参数存在高度非线性且无法显式表达的量化关系而难以实现快速准确预测,是频率稳定安全指标评估的研究重点。然而,目前频率最低值快速预测方法难以考虑调频备用的影响。为此,基于系统频差曲线抛物线近似的假设,对平均系统频率(average system frequency, ASF)模型进行开环解耦,进一步得出系统频率最低值时间与调速器输出功率之间的量化关系,最终实现考虑调频备用容量的频率最低值快速预测方法。该方法在小系统和ACTIVSg2000算例上的预测精度分别为99.28%和97.71%,算例结果证明了算法的有效性。该方法对频率安全约束下机组组合、频率稳定控制措施的有效性评估以及频率稳定约束下系统新能源运行承载能力评估等问题具有重要意义。     

An approach to the analysis of large perturbations in hydro-electric plants with Kaplan turbines

The paper presents a mathematical model of a hydro generating unit with a Kaplan turbine and the corresponding turbine governor, suitable for analysing large perturbations in the power frequency loop. An original method is proposed for representing the turbine characteristics, which considerably decreases the simulation computation time, as compared to the interpolation method. The simulation results are compared with measurements made on-site at the hydro-electric power plant Djerdap I. The model is further used to analyse the operation of the turbine governor and the influence its variable parameters have on the quality of response during large disturbances.     

基于等值频率响应模型的海上油田群电网风电穿透功率极限分析方法

提出了一种基于等值频率响应模型的海上油田群电网风电穿透功率极限分析方法。首先,构建了海上油田群电网的平均系统频率响应(ASFR)等值模型,基于单、分轴燃机确定电网原动机-调速器参数,根据t location-scale分布和差分变换方法刻画风电出力波动概率分布;然后,基于电网可承受的最大风电波动对应累积概率指标和最严重故障后电网最大频率变化指标,提出了考虑稳态频率偏差约束和暂态频率稳定约束的风电穿透功率极限分析方法;最后,以某实际海上油田群电网为例验证了所提方法的准确性与有效性,结果表明,原动机-调速器响应速度和暂态频率稳定约束对于海上油田群电网的风电穿透功率极限具有关键影响。     

基于低阶频率响应模型的双馈风电机组下垂系数修正方法

在频率下垂控制期间,由于减载备用曲线运行点会随转子转速变化而发生偏移,造成双馈风电机组实际贡献的一次调频能力低于设定期望值。为了解决这一问题,首先根据小信号分析理论建立了由双馈风电机组与火电机组构成的分布式系统低阶频率响应模型。然后利用该模型分别推导出评估双馈风电机组实际与期望一次调频能力的量化计算式,提出将设定的下垂系数乘以一个缩小因子后,可使双馈风电机组贡献出期望一次调频能力。最后选用某实际分布式系统对提出的下垂系数修正方法进行了有效性验证,仿真结果表明,当双馈风电机组采用所述方法进行下垂系数修正后,不仅能使系统准稳态频率偏差达到期望水平,还进一步改善了系统最大频率偏差。     

利用抽水蓄能黑启动大型火电机组辅机的频率估计

针对抽水蓄能机组远方起动大型火力发电机组辅机的过程,提出一种系统频率估计的解析方法。根据调速器软反馈放大倍数远大于硬反馈放大倍数的特点,对抽水蓄能机组的传递函数进行化简。利用经验公式从感应电动机铭牌参数中获取计算参数。通过对抽水蓄能机组和火电机组辅机组成的小系统模型进行拉氏反变换得到系统频率的解析表达式。算法具有所需参数少、计算速度快的特点。以山东电网实际黑启动预案为例,与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,算法计算速度显著提高,系统最低频率偏差小。     

水电高占比电网中水轮机模型对频率振荡特性 影响及其适应性分析

在小电网中,频率稳定是系统暂态稳定重点关注对象之一。水电高占比时,水轮机及其调速器模型的准确性直接影响频率稳定分析结果。针对该问题,对比分析了采用理想模型、基于运行点变化模型、传递系数模型的电网频率动态特性。通过水电机组传递函数,量化分析了不同水头高度及机组不同出力运行时的振荡频率和阻尼特性。通过暂态仿真,研究了不同模型对机组不同运行点扰动后的频率的振荡特性。最后给出了适用于工程计算的水轮机仿真模型建议。     

火电厂给水系统功频约束对电力系统频率特性的影响

精细的系统频率响应模型是准确分析电力系统频率特性的基础,现有的频率响应模型未考虑大频率偏移下火电厂给水系统功频特性及其约束对系统频率特性的影响,难以准确分析严重频率偏移下的电力系统频率特性。给水系统出力变化影响机组出力,对机组的安全稳定运行起着重要作用。首先,分析了给水系统的功频特性;然后,建立了考虑给水系统的频率响应扩展模型,在更大频率偏移范围内分析了给水系统功频约束对机组静态功频特性的影响,发现机组出力随频率降低先增加后减小;最后,基于PSS/E开发了扩展频率动态仿真分析工具,并通过39节点算例分析了不同扰动下给水系统功频约束对电力系统静态功频特性和频率响应特性的影响。     

水轮机调速器与电网负荷频率控制

在现代电力系统中，水轮机调速器已成为水轮机控制系统的控制核心。文中叙述了水轮机调速器与电网负荷频率控制之间的关系，分析了调速器在电网一次调频、二次调频中的作用、静态特性和动态特性;通过建模、仿真及现场试验，提出了机组并联于大电网工况下的调速器PID参数整定范围和应有的机组功率控制模式。