计及风电一次调频和频率约束的风电占比极限值计算

随着风电在电力系统中占比不断增加和一次调频技术的大规模应用,准确计算风电占比极限值对于保证系统频率稳定运行和指导风电电源规划具有重要意义。提出了计及风电一次调频和频率约束下风电占比极限值解析计算方法。通过分析风电一次调频响应特性,指出风电实际提供一次调频功率增量小于期望功率增量。为准确计算风机一次调频功率增量,建立了风电一次调频传递函数模型,构建了计及风电一次调频的电力系统频率响应模型,采用解析法求解了频率约束下风电占比极限值。通过MATLAB/Simulink时域仿真平台验证了所提风电占比极限值解析计算方法的准确性。     

计及系统调频作用的随机潮流模型与算法

为提高解析法随机潮流结果与系统实际情况的吻合程度,将动态潮流的思想引入随机潮流分析,研究计及频率调节的动态随机潮流模型与算法。结合实际运行中系统调频响应过程,采用分段函数建立动态不平衡功率分配模型;与常规随机潮流模型联合,推导得出计及调频作用的电力系统随机潮流模型;并根据机组调频能力不足对不平衡功率分配的影响,对上述模型进行修正。为保证模型求解方法的实用性,结合常规解析法和模拟法提出一种随机潮流混合求解法。该求解方法简单、易实现,相对于常规解析法系统随机性处理能力增强,相对于常规模拟法求解速度大大提高且可保证较高计算精度。以IEEE 24节点系统为例,分析验证了所提模型和方法的有效性。     

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。     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

风火联合调度的风电场一次调频控制策略研究

随着风电在电力系统中渗透率的提高,电力系统单独依靠传统电源进行调频的能力被不断削弱,这就要求风电应具备配合传统电源参与系统频率调节的能力。首先,该文充分考虑风电调频响应速度快、火电调频持续时间久的特性,提出一种以火电机组调频为主、风电机组调频为辅的一次调频联合控制策略;其次,根据不同运行工况,提出改进的风机分组优化和功率分配策略,实现了风机有序参与/退出调频,有效规避了系统频率二次跌落问题;最后,改进风机转速恢复和转速保护模块,提高风电机组参与一次调频的安全性。仿真结果表明,所提策略能够有效实现风火联合参与一次调频,在保证经济性和可靠性的前提下,充分利用风电调频容量,有效改善系统频率特性。     

考虑风机一次调频的风电高占比电网机组组合

随着风电大规模、高渗透率接入电网,单纯常规机组一次调频已难以满足系统调频需求,迫切需要风电参与一次调频。文中在风机调频控制研究的基础上,提出一种考虑风机参与系统一次调频的机组组合模型。该模型通过加入稳态频率、频率最低点和频率变化率为约束条件,确保含风电电力系统预留足够的备用容量以支撑一次调频。文中采用大M法将非线性模型转化为混合整数线性规划模型,并调用Matlab中CPLEX程序包求解。最后,在IEEE 39节点系统上验证了该模型的有效性。仿真结果表明,该模型能提升系统承受负荷扰动的能力,从而满足更大负荷扰动下系统一次调频的备用需求。     

风电机组参与电网一次调频的控制策略研究

为了解决大规模风电机组并入电网对电力系统频率稳定性问题,阐述了系统惯量对电网频率变化的影响,分析比较了不同类型风电机组的动态频率响应特性,并根据双馈风电机组参与电网一次调频的基本原理,对比了现阶段有关风电参与电网一次调频的控制策略。研究结果表明,储能设备对风电机组参与电网调频的能力具有重要辅助作用,联合控制方法能够较好地实现风电调频的能力,有利于电力系统的安全稳定运行。     

提高风电渗透率极限的火电机组惯性参数优化方法

波动性风电的高渗透接入降低了系统的阻尼和一次调频性能,制约了风电渗透率的进一步提升。研究在不降低系统动态稳定水平的前提下提高高风电渗透率系统的调频能力,对于提高风电渗透率极限具有重要意义。文中首先提出了一种含阻尼水平约束和频率偏差约束的风电渗透率极限求解方法,进一步基于火电机组惯性参数对系统阻尼特性和一次调频性能有相反作用的机理,提出了一种考虑系统阻尼和动态频率响应能力的火电机组惯性参数协调优化方法。仿真结果表明,所提风电渗透率极限求解方法的计算结果有较高的参考价值,引入协调优化策略后有效改善了系统的动态稳定特性和调频特性,优化效果适用性强,优化后系统风电渗透率得到了提高。     

考虑源荷频率特性的含风电交直流系统概率连续潮流方法

针对传统连续潮流方法难以适应大规模风电接入交直流互联系统的实际情况,提出了一种含风电交直流系统概率连续潮流计算方法。该方法在兼顾常规机组调频特性和负荷电压/频率静特性基础上,进一步考虑风电出力随机性、直流控制方式和频率波动偏差约束,建立考虑电源调频和负荷电压/频率静特性的含风电交直流系统概率连续潮流方程;通过其修正方程的雅可比矩阵,推导能反映频率波动、风电出力和控制方式等因素的负荷裕度灵敏度指标;基于统一迭代法,结合蒙特卡洛方法和预估-校正方法获取系统N和N-1状态时多场景潮流解和负荷裕度。最后,修改的IEEE 39节点系统算例仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

电力系统柔性潮流

为解决常规潮流求解条件刚硬,可能导致迭代不收敛或计算结果不合理的问题,提出了电力系统柔性潮流的概念、模型和算法,推导了包含发电机静特性及负荷静特性描述的直角坐标牛顿一拉夫逊法柔性潮流雅可比方程,给出了基于负荷和发电机基点功率的一次潮流和二次潮流计算流程.柔性潮流雅可比方程的个数恒等于系统阶数的2倍且结构保持不变.柔性潮流不仅可得到节点电压幅值和相角,还可给出系统频率以及负荷和发电机的实际功率.与常规潮流相比,柔性潮流不再需要设置平衡节点、PV节点和PQ节点,其收敛性好且求解过程和结果更加符合电力系统工程实际.算例系统验证了柔性潮流模型和算法的正确性.     

基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估

电力系统中各种不确定性因素为安全风险评估工作带来困难,随机潮流计算可以计及这些不确定性因素。提出一种基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估方法,通过考虑风电时序特性的短期风电功率预测方法构造风电出力多场景;在快速解耦潮流模型的基础上,考虑电力系统功频静态特性,采用以半不变量为基础的改进Von Mises方法获得各状态变量的概率分布函数。除节点电压和支路功率外,可以得到系统频率的概率分布等统计信息,通过各状态变量越限概率和产生后果的严重程度等风险指标全面评估系统风险。IEEE 39节点系统的测试结果表明该方法的计算快速有效,具有在线应用前景。     

多电源梯级调频方案及风电场级调频时序优化策略

目前,大规模风电接入电力系统面临的主要问题之一是系统的频率稳定性。文中提出一种风电场级一次调频时序优化的工程实用策略,并对风光水火参与系统调频的次序提出了梯级调频方案。首先以云南电网为例,讨论了风光水火不同电源接入电网时的梯级调频方案,在电网发生频率扰动情况下对不同电源参与调频的顺序进行了研究,并提出了风电和光伏机组参与调频的需求。然后分析了调频时间尺度内风电场的功率变化及风电机组层面调频时的有功控制策略。在此基础上,在风电场层面给出了场内风电机组一次调频的投入与退出策略,通过读取风电场内各台风电机组的实时状态与计算系统的调频需求,得出风电场在调频期间需要投入的最小的风电机组台数,在风电场结束一次调频时通过时序依次退出风电机组的一次调频,降低风电场退出一次调频可能会造成的频率二次跌落。最后通过仿真验证了所提出的策略。     

含风电的交直流互联电网自适应SPMC调频策略

大规模风电接入交直流互联电网,对自动发电控制（automatic generation control, AGC）的控制性能及调频能力提出了更高的要求。在风电参与电力系统调频的基础上,提出基于功率调制控制器(supplementary power modulation controller,SPMC)的区域间功率补偿策略。首先,考虑到高压直流输电（high voltage direct current, HVDC）环节过载率变化的弹性特征,提出一种同时考虑功率与频率变化的自适应动态SPMC策略,使其在参与系统调频时,能有效提升HVDC中功率调整的快速性;其次,在HVDC链路主动参与系统调频的基础上,考虑风电的不确定性,利用综合惯性控制改变风电输出功率,以进一步提升系统调频性能指标。仿真结果表明,所提策略的动态功率调制特性可以有效提升区域间功率传输的针对性,并提高电网调频效果。     

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...     

考虑风电参与调频的区域电网频率控制

主要研究考虑风电参与电网调频下的区域电网频率控制。将传统区域模型中的频率输出作为风电惯性环节和一次调频环节的输入,建立了含风电的区域电网数学模型。在此模型基础上研究风电机组对电网频率恢复的贡献,并且通过粒子群算法优化比例积分控制器参数,改进比例积分控制,使其适应包含风电的区域电网。通过仿真对比风电未参与调频、区域一风电参与调频和两区域风电参与调频三种情况下系统频率和区域控制偏差的恢复情况。得出当电力系统发生扰动时,风电参与系统调频能够减少系统频率动态极值,对电力系统的稳定和安全具有积极意义。     

采用变速恒频机组的风电场有功功率波动对系统节点频率影响的动态评估模型

并网风电的功率波动是由风速的随机性引起的,会影响电力系统的频率质量。为了研究采用变速恒频机组风电场的风电功率波动对电网节点频率的影响,提出了考虑直流潮流、发电机和调速器的动态模型以及采用节点动态频率的定义的评估模型。基于该模型评估了并网风电对主要负荷或传输节点频率所造成的影响,同时考虑了网络结构及发电机和调速器的动态特性等因素,能够适用于多风电输入及多节点频率输出的评估。基于RTDS系统的仿真结果证明了理论的正确性。     

考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的电力系统机组组合

随着风电渗透率上升,电力系统惯性响应和一次调频能力下降,频率安全问题凸显,有必要在机组日前发电计划安排中考虑频率安全约束。依据电力系统频率安全要求,提出了考虑频率跌落最低值的频率安全约束构造方法。同时引入风电综合惯性控制使风电机组参与一次调频,在此基础上建立了考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的机组组合模型。运用M语言动态控制多机频率响应模型进行Simulink仿真,并将其嵌入到改进粒子群优化算法中迭代求解。含风电的IEEE39节点系统算例结果表明,所提模型和方法能有效提升系统频率响应能力,保证系统安全运行。     

考虑频率波动的孤岛微电网在线三相概率潮流计算方法

为了量化短期源荷功率扰动对频率波动的影响并保证模拟精度,从短期概率潮流问题出发,采用预测分量和随机预测误差分量分别表示风电和负荷的实时扰动功率,同时用一次调频实现扰动功率中随机预测误差分量的平衡,用基于超前控制方式的二次调频实现系统当前功率缺额和扰动功率预测分量的平衡,从而实现了对源荷功率扰动影响的准确量化评估。同时,提出的模型考虑了微电源的三相电压、电流对称控制特性以及可控微电源与负荷的静态频率电压调节特性,精确模拟了孤岛微电网的调频过程以及微电源的三相潮流控制特性,因而大幅提高了三相潮流与频率波动的仿真精度。采用三点估计法实现所建模型的概率评估,并通过IEEE 33节点修正系统的仿真分析验证了所提方法的有效性。     

基于有功不平衡指标的储能快速调频方法

因主流变速风电机组有功控制一般不主动参与频率调节,大规模风电并网对电力系统快速调频提出了挑战。储能系统具备有功功率快速响应优势,可改善系统动态频率响应特性,该文提出了一种基于有功不平衡指标的储能快速调频方法。首先,定义了在频率跌落阶段和恢复阶段系统有功不平衡指标。其次,设计了自适应模糊逻辑控制策略,依据系统有功不平衡指标和频率偏差动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。最后,通过算例分析验证了所提出的储能快速调频控制方法的有效性,与常规比例微分（proportional differential,PD）控制方法相比,可减少储能系统容量需求,且对不同工况具有较好的灵活性和适应性。     

考虑风电不确定性的电力系统碳排放流分析

提出了一种考虑风电注入功率不确定性对电力系统碳排放流影响的分析方法。首先,基于风电注入功率不确定性的随机直流潮流获取系统潮流,通过电力系统碳排放流与系统潮流之间的计算关系,获得决定风电出力的风速与系统总注入碳流率的关联函数。其次,采用有向通路算法获取系统节点—节点路径输出分布因子,在假定风电波动性由平衡机组承担的前提下,结合常规机组与系统节点和支路的关联矩阵计算模型,求取风电注入功率对其他节点和支路的平均影响因子,从而得到随机和间歇性风电功率注入下电力系统碳排放流的不确定特征。最后,以IEEE 14节点标准算例的分析结果说明了所述方法的正确性和有效性,并获得了风电注入功率不确定情况下对系统节点碳势的影响趋势,进而为定量评估风力发电对系统的低碳贡献提供了新的理论支持。