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。     

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。     

满足频率稳定约束的新能源电力系统惯量评估与新能源最大渗透率研究

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”的技术路径之一。由于新能源出力具有较强的波动性与间歇性,且新能源大量替代同步机后,将导致电力系统惯量水平下降,恶化系统频率响应特性,削弱系统抵御功率差额的能力。本文研究了新型电力系统频率稳定问题机理,分析了高渗透率下新能源电力系统动态频率响应特性与系统惯量之间的关系,并以云南“十四五”及中长期构建以新能源为主体的新型电力系统为例,测算了新能源高占比情况下的电力系统惯量变化趋势及新能源最大渗透率。     

东北电网风电惯量及一次调频实测与分析

针对东北电网直流送端高比例风电系统频率稳定问题,国家电网东北分部组织开展了风电场惯量及一次调频全网扰动试验,首次实现了风电虚拟惯量的工程应用。基于系统频率扰动试验数据,分析了东北电网频率动态特性,计算得出了东北电网等效惯量水平和频率极值特性系数,量化了系统抵御频率扰动的能力;在介绍网源协调示范风电场惯量响应及一次调频实现方案基础上,对比分析了不同实现方案风电机组惯量响应特性,得出了不同示范风电场一次调频参数指标,试验证明了风电虚拟惯量及一次调频的可行性与有效性,对大规模风电参与系统惯量支撑及一次调频的工程应用具有指导与借鉴意义。     

含高比例新能源的电力系统频率稳定研究综述

作为“双碳”战略目标的关键载体,含高比例新能源的电力系统具有惯量水平低、调频能力差、抗扰性能弱等特征,对频率稳定带来了全新挑战,迫切需要深入认识能源转型背景下的频率稳定形态。该文按照“建模分析—稳定评估—调频控制”的路线,归纳近年来国内外关于频率稳定的研究及其应用进展。首先,梳理现有频率稳定定义的特点,将其引申为考虑暂态频率安全的广义频率稳定概念,分析含高比例新能源电力系统的频率响应过程;按照系统全局频率和网络节点频率两个视角分析现有特性建模与分析方法,分别总结频率稳定性、频率安全性的评估方法与评估指标,初步建立考虑频率时空分布特性的节点频率安全性指标;列举并归类源网荷储多主体参与系统调频的控制策略,分析相关频率调控措施的特点;最后,结合现有研究进展,对含高比例新能源的电力系统在频率响应特性建模、频率稳定机理评估以及频率稳定协调控制方面的未来发展方向和研究趋势进行展望。     

基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算

随着新能源渗透率不断提高以及高压直流电量HVDC的大规模应用,电力系统惯量响应与一次调频响应的能力不断减弱,威胁电力系统的频率稳定.目前的研究工作主要针对于惯量响应的估算、新能源发电参与惯量响应和一次调频的控制策略设计,并未展开电力系统一次调频功率估算的研究.论文提出了基于惯量响应支撑功率的电力系统一次调频功率估算.阐...     

新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述

在“双碳”战略目标下,我国将构建高比例新能源电力系统。高比例新能源电力系统的转动惯量和调频容量降低、故障冲击功率提升,使大电网暂态频率稳定受到威胁。当前的调频控制方法及其所依赖的分析模型难以很好地适用于高比例新能源电力系统。为适应暂态频率稳定要求,需探索新的调频控制方法。为了更好地理解高比例新能源电力系统的暂态频率稳定问题,准备调频应对策略,对暂态频率稳定分析与调频控制方法的研究现状进行综述和展望。首先,归纳现有暂态频率分析模型,然后从系统和厂站2个层面梳理了调频控制方法的研究现状,从分析基础出发归纳不同调频控制方法的适用特性。最后,总结了高比例新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制的特征变化及其影响,并对未来可能的发展思路进行展望。     

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

考虑频率约束的孤网风电渗透率极限评估

大规模具有间歇性、波动性且难以预测的风电接入孤立电网后将会给其频率稳定性带来一系列挑战,以中电投霍林河循环经济示范工程孤立电网为背景,将风电波动视为平稳随机过程并采用平均功率谱密度提取大量风电波动信息,不借助商业软件建立了考虑频率约束的风电渗透率极限评估模型。基于该模型计算了在频率稳定约束下霍林河孤网系统最大风电消纳能力,从而为电网规划提供指导。最后,对不同类型的机组频率响应能力进行分析,考虑增建一部分燃气电站提高电网的风电消纳能力。也为电网后续升级和建设提供了参考依据。     

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,而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,文中提出一种含风电虚拟惯性响应的电力系统惯量估计方法。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(phasor measurement unit, 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(controlled autoregressive, CAR)模型以及含有遗忘因子的递推最小二乘(time-varying forgetting factor recursive least squares, TFF-RLS)算法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IEEE-10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。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。     

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。     

高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活.首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理.其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定.最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性.     

高风电渗透率下的电力系统调频研究综述

受环境危机及能源危机影响,全球风电发展迅速,风能发电在一次能源发电中所占比例越来越高。大规模风电接入对电力系统的频率稳定构成了严重威胁。首先介绍部分风电发达国家对风电机组参与电力系统有功功率控制及调频的要求。接着对大规模风电并网对电力系统频率稳定的影响进行分析。从风电机组为电力系统提供惯性支撑、一次调频及综合提供惯性支撑和一次调频三方面进行调研总结。最后对应用大规模储能技术及需求侧管理技术提高高风电渗透率电力系统频率稳定性方法进行综述分析。     

计及暂态频率稳定约束的同步惯量经济价值评估

高渗透率新能源接入系统后,保障系统具有充足的在线惯量是维持系统频率安全稳定的关键,同时建立惯性辅助服务市场是解决该问题的有效手段。因此,将同步惯性响应纳入有偿服务,搭建考虑系统最低同步惯量需求约束的定价出清模型,并提出离散变量松弛化的方法,将出清模型转化为凸优化问题。然后,基于边际成本定价法和拉格朗日对偶原理,以最低同步惯量需求约束对应的影子价格来评估其经济价值,为惯性服务定价。最后,以改进的IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统为例,对同步惯量影子价格的存在机理、数值影响因素以及同步机组收益进行分析讨论。结果表明,含高比例新能源系统具有建设惯性辅助服务市场的必要性和迫切性。所提方法和仿真结论为惯性服务市场化提供了参考性意见。     

多区域电网一次调频能力分布对电网安全稳定运行的影响

阐述一次调频可以提高电网对突然负荷扰动的快速响应能力,但是随着多区域互联电网的发展,仅以电网局部区域为研究对象,提高其一次调频能力,难以满足电网的安全性和稳定性要求。在提出多区域电网一次调频能力分布概念的基础上,以各区域为研究对象,仿真分析各种一次调频能力分布对电网频率品质和联络线功率传输的影响。仿真结果表明,电网中各区域一次调频能力均匀分布是合理的分布形式。     

计及多模态分量的新能源电力系统节点频率分析方法

“双碳”背景下,大规模新能源接入电力系统,频率响应空间分布差异扩大,此时各节点频率响应中的非全局分量可能主导频率稳定问题,而对于此类问题的研究目前尚不充分。为此,基于频率响应模态分解思路,提出新能源电力系统节点频率响应量化分析方法。首先,用惯量-阻尼-调频系统统一结构近似各类型设备频率-有功传递函数。然后,基于二次特征值分析方法将各节点频率响应进行分解,获得共模频率与若干差模频率的表达式。进一步地,解析了各频率分量的最大偏移量、变化率等关键特征量,并类比总惯量与全局频率变化率间的对应关系,针对各节点各模态频率分量定义了节点模态惯量指标。所提频率分解方法与指标直观地展示了电力系统中各差模频率的节点分布差异。最后,仿真验证了所提频率分解方法和指标的有效性。