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基于全阶模型的直驱风电机组多时间尺度等效惯量机理建模

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电力系统自动化 2024年第8期48卷 79-90页

作者：姜继恒鲁宗相乔颖李佳明程艳关逸飞汪挺电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 北京市100084 国网山东省电力公司电力科学研究院山东省济南市250003 国网山东省电力公司山东省济南市250000

构建风电机组的等效惯量模型是开展风电场暂态支撑定量分析与优化控制工作的关键基础,在转动惯量降低、频率特性劣化的高比例可再生能源电网场景下尤其关键。然而,现有模型研究往往结合分析目标侧重若干环节而未能建立全环节的完整模型... 详细信息

构建风电机组的等效惯量模型是开展风电场暂态支撑定量分析与优化控制工作的关键基础,在转动惯量降低、频率特性劣化的高比例可再生能源电网场景下尤其关键。然而,现有模型研究往往结合分析目标侧重若干环节而未能建立全环节的完整模型,也未能揭示不同时间尺度降阶模型与计算精度的关系。首先,以直驱风电机组为对象,在对比风电等效惯量与同步机惯量在机理和实现方式等方面差异的基础上,分析了机械、控制、电气等环节对风电等效惯量的动态影响,建立了风电机组的频率响应全阶模型。然后,基于奇异摄动理论推导了考虑不同时间尺度动态的等效惯量降阶模型,应用瓦西里耶娃理论推导了误差与模型时间尺度之间的关系。最后,采用电磁暂态仿真算例验证了全阶机理模型的有效性及不同降阶模型的精度水平。

关键词：风电机组等效惯量多时间尺度奇异摄动降阶模型瓦西里耶娃理论

基于系统动力学模型的电力系统等效惯量时空演变趋势研究

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全球能源互联网 2024年第5期7卷 579-590页

作者：刘学成杨军申锦鹏彭晓涛王小立李旭涛赵强张玉琼武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院宁夏回族自治区银川市750011 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

随着风电、光伏等新能源发电渗透率的不断提高,电力系统等效惯量水平不断下降且空间分布不均的特性日益凸显。而电力系统维持频率稳定的能力与系统等效惯量水平息息相关,因此明确电力系统等效惯量时空演变趋势具有重要意义。基于系统动... 详细信息

随着风电、光伏等新能源发电渗透率的不断提高,电力系统等效惯量水平不断下降且空间分布不均的特性日益凸显。而电力系统维持频率稳定的能力与系统等效惯量水平息息相关,因此明确电力系统等效惯量时空演变趋势具有重要意义。基于系统动力学模型,对电力系统等效惯量的时空演变趋势进行了分析。首先,明确新能源电力系统等效惯量概念及有效惯量组成,并分析惯量响应过程;其次,基于系统动力学模型,在考虑地域、技术进步率、综合成本等多因素影响下,对中国各地区光伏、风电、火电、水电、核电2025—2060年间的装机容量进行预测;最后,基于预测数据,对电力系统等效惯量时空演变趋势进行分析。所预测装机容量结果符合长期发展目标,计算所得电力系统等效惯量水平直观体现了在考虑虚拟惯量与否的情景下中国整体与各区域的变化趋势,可为规划各区域新能源发展,确定低惯量区域惯量补偿措施,保障频率安全等方面提供参考。

关键词：等效惯量惯量响应系统动力学模型装机容量预测时空演变趋势

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基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

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电网技术 2024年第1期48卷 140-149页

作者：王强强姚良忠徐箭程帆毛蓓琳闻章陈汝斯武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北省武汉市430077

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,... 详细信息

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。

关键词：高比例新能源电力系统不确定性等效惯量概率评估时序变化区间

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基于增广递推最小二乘的电网等效惯量在线估计方法

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湖南电力 2024年第4期44卷 40-46页

作者：刘永刚汪婧文吴晋波孙铭锐廖帮昆文云峰国网湖南省电力有限公司湖南长沙410004 湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 国网湖南省电力有限公司电力科学研究院湖南长沙410208

针对高比例非同步电源接入下电网等效惯量水平感知难题,提出一种基于量测数据的电网等效惯量在线估计方法。首先,利用发电机有功功率变化及节点频率数据,采用带外部输入的自回归滑动平均(auto regression and moving average model with... 详细信息

针对高比例非同步电源接入下电网等效惯量水平感知难题,提出一种基于量测数据的电网等效惯量在线估计方法。首先,利用发电机有功功率变化及节点频率数据,采用带外部输入的自回归滑动平均(auto regression and moving average model with exogenous input,ARMAX)模型对各区域/整个电网有功-频率动态变化进行建模。进而,基于增广递推最小二乘(recursive extended least squares,RELS)算法实现自回归滑动平均模型中未知参数的求解,辨识得到系统或区域惯性常数的估算值。此外,考虑区域间交流联络线提供的惯量支撑,对出现不平衡功率扰动后的区域惯量通过联络线耦合现象进行估计和分析。最后,基于某省级电网实际数据进行仿真测试,验证了所提方法的正确性和有效性,并对互联区域联络线提供的惯量支撑进行了分析。

关键词：等效惯量自回归滑动平均模型 RELS算法频率联络线

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电力电子并网装备等效惯量评估研究进展

电力自动化设备 2023年第9期43卷 3-10页

作者：贾焦心杨添淇颜湘武张建坡华北电力大学分布式储能与微网河北省重点实验室河北保定071003

高比例新能源依靠变流器等电力电子设备并网,削弱系统惯量特性的同时也丰富了系统惯量的来源.为明晰惯量评估在新型电力系统中的作用和潜力,评述了国内外电力电子并网装备等效惯量评估领域的研究进展,并提出探讨与展望.从能量来源的角... 详细信息

高比例新能源依靠变流器等电力电子设备并网,削弱系统惯量特性的同时也丰富了系统惯量的来源.为明晰惯量评估在新型电力系统中的作用和潜力,评述了国内外电力电子并网装备等效惯量评估领域的研究进展,并提出探讨与展望.从能量来源的角度简要阐述等效惯量的内涵,根据功率扰动和频率量测2个要素,回顾惯量离线估计的研究历程.通过划分2种主流的研究思路,对电力电子并网装备及新能源电力系统的惯量在线评估研究成果进行梳理.最后尝试对未来新能源电力系统惯量评估领域需深入研究的方向提出展望.

关键词：惯量等效惯量惯量估计电力电子并网装备新能源电力系统

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基于准稳态数据的电力系统等效惯量评估方法

现代电力 2023年第4期40卷 434-440页

作者：程定一马欢秦昊曹永吉杨冬张冰国网山东省电力公司电力科学研究院山东省济南市250003 电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061 国网山东省电力公司山东省济南市250001

风电、光伏等可再生能源规模化接入导致电力系统惯量降低、频率失稳风险增加,亟需对等效惯量进行在线评估。现有的惯量评估方法大多基于大扰动场景下的频率变化率,难以满足准稳态场景下的等效惯量评估需求。首先,针对常态化惯量评估问题... 详细信息

风电、光伏等可再生能源规模化接入导致电力系统惯量降低、频率失稳风险增加,亟需对等效惯量进行在线评估。现有的惯量评估方法大多基于大扰动场景下的频率变化率,难以满足准稳态场景下的等效惯量评估需求。首先,针对常态化惯量评估问题,分析电力系统惯量响应的机理,推导准稳态运行条件下等效惯量的表达式。然后,基于系统辨识理论,构建受控自回归移动平均模型(autoregressive moving average with exogenous variable,ARMAX),利用赤池信息准则(Akaike information criterion,AIC)确定模型阶次,并运用最小二乘方法估计系统等效惯量。最后,在WSCC 9节点系统中对所提方法的有效性进行了验证,表明所提方法具有较高的辨识精度,能够适应不同的负荷波动形式。

关键词：等效惯量准稳态系统辨识 ARMAX 赤池信息准则

计及调速/励磁系统的同步发电机等效惯量辨识

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电力系统及其自动化学报 2023年第10期35卷 18-25页

作者：李生虎朱争高齐楠汪壮合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 新能源利用与节能安徽省重点实验室合肥230009

对同步发电机的惯量辨识是电力系统功角/频率稳定分析的基础。本文提出利用二阶转子运动方程辨识高阶同步发电机模型等效惯量的方法。首先,提出含机电暂态、励磁、调速的同步发电机等效惯量辨识模型;其次,提出基于受控自回归滑动平均模... 详细信息

对同步发电机的惯量辨识是电力系统功角/频率稳定分析的基础。本文提出利用二阶转子运动方程辨识高阶同步发电机模型等效惯量的方法。首先,提出含机电暂态、励磁、调速的同步发电机等效惯量辨识模型;其次,提出基于受控自回归滑动平均模型和可变遗忘因子最小二乘法的等效惯量辨识算法;最后,仿真比较等效前后同步发电机动态响应,验证了所提算法的准确性。结果表明,计及励磁和调速系统后,同步发电机等效惯量呈衰减趋势,故障初期大于转子惯量H,稳态值小于H。

关键词：同步发电机等效惯量参数辨识调速系统励磁系统

综合惯性控制下风机惯性支撑能力分析及等效惯量评估

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上海交通大学学报 2023年

作者：周涛黄菊韩汝帅胡秦然权浩南京理工大学自动化学院东南大学电气工程学院

针对可再生能源高占比并网所引发的新型电力系统频率安全问题，风电机组多采用综合惯性控制为电力系统提供的惯量及一次调频支撑。为更好地把握系统的惯量安全水平、保障电网频率稳定，对采用综合惯性控制的风电机组进行动态建模，根据... 详细信息

针对可再生能源高占比并网所引发的新型电力系统频率安全问题，风电机组多采用综合惯性控制为电力系统提供的惯量及一次调频支撑。为更好地把握系统的惯量安全水平、保障电网频率稳定，对采用综合惯性控制的风电机组进行动态建模，根据风机蕴含的动能及其对电网提供的频率支撑推导出风机的有效惯量。建立综合惯性控制下包含风机的系统频率响应模型，得到风机调频过程中有效惯性时间常数的解析式并进行惯性支撑能力分析。根据“等面积原理”推导出综合惯性控制下风机参与调频过程的等效惯量评估方法，该方法能够对风机提供的惯性支撑能力进行分析并给出量化结果。最后在算例分析中验证了本文所提方法的有效性和可行性，并分析了不同因素对风机等效惯量的影响。

关键词：新型电力系统风力发电综合惯性控制等效惯量等面积原理

异步电动机等效惯量评估及其对系统频率特性的影响研究

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异步电动机等效惯量评估及其对系统频率特性的影响研究

作者：秦鹏慧山西大学

学位级别：硕士

随着新型电力系统的构建,传统的同步发电机组已逐渐被无惯量特性的风电、光伏等机组所取代,导致电力系统惯量水平降低,系统频率调节能力减弱,大停电事故更容易发生,已成为当前电力系统亟待解决的关键问题之一。除同步发电机惯量外,在负... 详细信息

随着新型电力系统的构建,传统的同步发电机组已逐渐被无惯量特性的风电、光伏等机组所取代,导致电力系统惯量水平降低,系统频率调节能力减弱,大停电事故更容易发生,已成为当前电力系统亟待解决的关键问题之一。除同步发电机惯量外,在负荷侧占较高比例的异步电动机惯量对系统频率稳定的作用尚未得到充分的研究。为此,本文首先建立基于暂态电抗后电势的异步电动机模型,然后通过小信号建模推导得到异步电动机等效惯量,最后对异步电动机等效惯量进行一系列理论验证与仿真研究。本文主要工作内容如下:1、在三阶模型的基础上引入暂态电抗后电势的概念,建立基于暂态电抗后电势的异步电动机模型,分析其在电网频率扰动时的异步电动机频率响应过程,并将其与传统的异步电动机详细模型进行仿真对比分析,验证基于暂态电抗后电势的异步电动机模型的正确性。2、在基于暂态电抗后电势的异步电动机模型的基础上通过小信号建模的分析方法进一步推导得到异步电动机等效惯量的表达式,通过响应机理分析发现,异步电动机等效惯量受转差频率与转子转速的共同作用而呈现时变特征,随后将异步电动机等效惯量与现有文献中的评估方法进行理论对比分析,验证异步电动机等效惯量的正确性。3、在异步电动机等效惯量的基础上,通过系统频率响应模型从多个角度针对异步电动机等效惯量对系统频率特性的影响进行理论计算及分析,紧接着通过一系列的仿真验证,结果表明异步电动机等效惯量可以从本质上提升系统频率稳定能力,并且明确指出忽略异步电动机等效惯量时的误差方向,仿真验证与理论验证相对比发现二者分析结果基本一致,证明了本文所提异步电动机等效惯量的有效性与可行性。

关键词：异步电动机暂态电抗后电势等效惯量系统频率响应模型