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计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

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电力系统自动化 2023年第8期47卷 198-205页

作者：周海强鲁锦文薛峰宋晓芳许剑冰崔晓丹河海大学能源与电气学院江苏省南京市211100 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏省南京市211106 国电南瑞科技股份有限公司江苏省南京市211106

现有的系统频率响应(SFR)模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略,对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足,难以准确地反映出系统频率特性。为此,文中提出一种扩展SFR模型。首先,讨论了风电综合惯性控制的机理,分析了扰动后动态过程... 详细信息

现有的系统频率响应(SFR)模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略,对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足,难以准确地反映出系统频率特性。为此,文中提出一种扩展SFR模型。首先,讨论了风电综合惯性控制的机理,分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着,基于风电机组动力学模型,采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数,构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场,提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法,将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合,构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后,将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明,该模型较好地反映了风电调频对频率的影响,具有较高的精度和较快的计算速度。

关键词：系统频率响应模型风电机组综合惯性控制分群临界风速

考虑信息隐私的大规模风电并网系统实用频率响应模型及其参数辨识方法

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电网技术 2024年第12期48卷 4876-4885,I0013,I0014,I0012页

作者：姜涛常文文刘先超李国庆现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

大规模风电并网系统中风电机组数量多、模型阶数高、求解复杂,且风电机组存在结构参数隐私问题,导致系统频率响应建模受限。为此,提出一种考虑信息隐私的大规模风电并网系统实用频率响应模型及其参数辨识方法。首先,推导出含综合惯性控... 详细信息

大规模风电并网系统中风电机组数量多、模型阶数高、求解复杂,且风电机组存在结构参数隐私问题,导致系统频率响应建模受限。为此,提出一种考虑信息隐私的大规模风电并网系统实用频率响应模型及其参数辨识方法。首先,推导出含综合惯性控制的双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的频率-有功传递函数,构建DFIG的频率响应模型;进而,对含多个风电场群的电力系统,基于容量加权平均法将系统聚合等值为两机模型,确定风电并网系统近似实用频率响应模型的阶数;进一步,针对DFIG结构参数信息不完备问题,构建计及噪声影响的输出误差四阶模型拟合系统频率响应模型,并借助辅助模型最小二乘迭代算法辨识频率响应模型参数;最后,通过含风电场的5节点测试系统和某省西部220kV实际电力系统仿真验证了所提实用四阶SFR模型及参数辨识方法的准确性和实用性。

关键词：风电场系统频率响应模型输出误差模型最小二乘法参数辨识

广域电力系统高阶频率响应模型及时空动态分布关系研究

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广域电力系统高阶频率响应模型及时空动态分布关系研究

作者：樊益凤电子科技大学

学位级别：硕士

我国电网互联规模大、结构复杂度高,广域测量的电网频率数据已经表明各测点频率存在明显的动态时空分布现象。近年来更逐渐形成了可再生能源和电力电子设备高渗透的双高电力系统,这使得广域电网频率动态过程更加复杂,而传统的频率响应... 详细信息

我国电网互联规模大、结构复杂度高,广域测量的电网频率数据已经表明各测点频率存在明显的动态时空分布现象。近年来更逐渐形成了可再生能源和电力电子设备高渗透的双高电力系统,这使得广域电网频率动态过程更加复杂,而传统的频率响应理论并未考虑到频率的时空动态特性,电网频率的精确分析与控制问题亟待深研。基于此,本文着重研究广域电力系统频率的响应与时空分布模型问题。首先提出电力系统高阶频率响应模型。该模型基于传统的简化频率响应（System Frequency Response,SFR）模型,通过拓展机械增益为一阶惯性环节,增加励磁系统阻尼及负荷效应阻尼,建立的更精细的高阶SFR模型,同时研究模型参数的整定方法,提高预测精度。其次,研究系统惯性分布与频率时空动态关联关系。通过分析广域系统频率动态响应机理,明确频率时空分布关键影响因素。提出发电机惯性基于最短电气距离路径均匀分布方法,并结合系统惯性分布及电网结构参数,定义频率时空判别因子,构建频率时空动态时序判别方法。再次,研究高阶SFR模型与频率时空动态分布耦合关系。通过分析频率响应模型各参数的定量输出响应,筛选出广域系统频率时空分布的关键耦合参数,引入时空分布因子来研究惯性中心与广域系统各测点的频率动态映射关系,构建广域系统频率时空分布模型。最后,对本文提出的高阶SFR模型进行可行性和精确性验证,通过IEEE 9节点算例分析验证了模型在多机互联系统中可以精确预测系统扰动后的频率动态;通过IEEE 39节点算例验证了广域系统频率时空分布模型预测出的系统各测点频率时空分布结果准确。本文研究成果对广域电力系统安稳运行与频率控制具有重要理论意义和应用价值。

关键词：电力系统系统频率响应模型频率时空分布系统惯性分布

风电场快速调频技术的工程实践及关键参数取值

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高电压技术 2023年第6期49卷 2536-2545页

作者：肖亮陈亦平伍阳阳张勇范展滔杨林中国南方电网电力调度控制中心广州510530 云南电力试验院(集团)有限公司昆明650217

为加快推动风电场快速调频技术的工程应用,规范快速调频核心涉网参数的定值管理,首先,调研了国内外电网运行导则对风电场快速调频的技术要求,总结了国内外并网风电场快速调频实际采用的技术路线及现场实测调频能力,并提炼了有关启示,同... 详细信息

为加快推动风电场快速调频技术的工程应用,规范快速调频核心涉网参数的定值管理,首先,调研了国内外电网运行导则对风电场快速调频的技术要求,总结了国内外并网风电场快速调频实际采用的技术路线及现场实测调频能力,并提炼了有关启示,同时介绍了云南电网风电场快速调频的典型实施方案以及现场实测经验。然后,提出了以直流频率限制控制器死区和频率变化率为约束的风电场快速调频涉网参数设置方法。最后,以云南电网为例开展了仿真计算。研究结果表明:云南风电场快速调频死区宜设置在±0.03 Hz到±0.05 Hz之间,建议当风电装机占比为10%~30%时,将快速调频上调限幅设置为风电场额定功率的6%~8%,调差率设置为4%~6%;当风电占比在30%以上时,建议调频上调限幅最大为风电场额定功率的6%,调差率最大设置为8%。

关键词：新能源快速调频风电场一次调频惯量响应涉网参数系统频率响应模型

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新型电力系统惯量支撑和调频响应特性典型建模综述

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电工电能新技术 2023年第11期42卷 67-83页

作者：韩如磊樊子铭王粟聂子攀邱清泉叶华肖立业内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司内蒙古呼和浩特010020 内蒙古自治区电力系统智能化电网仿真企业重点实验室内蒙古呼和浩特010020 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

大力发展以光伏、风电为主的新能源是实现“双碳目标”、解决我国能源战略安全问题以及推动生态文明建设的重要途径。新能源电源出力具有随机性、波动性、间歇性的特点,且大多为非同步机电源,不具备传统电源对电网的惯量支撑特性。随着... 详细信息

大力发展以光伏、风电为主的新能源是实现“双碳目标”、解决我国能源战略安全问题以及推动生态文明建设的重要途径。新能源电源出力具有随机性、波动性、间歇性的特点,且大多为非同步机电源,不具备传统电源对电网的惯量支撑特性。随着新能源电源渗透率的逐渐增高,传统电源容量占比逐渐降低,电力系统所面临的频率暂态稳定性问题变得愈发严重。新型电力系统暂态频率响应特性主要由惯量支撑和调频特性决定,因此,对系统惯量支撑和调频的建模以及特性分析成为新型电力系统频率稳定性研究以及解决方案设计的关键。本文旨在综述新型电力系统惯量支撑和调频特性研究过程中所需的模型,总结仿真建模过程中的典型模型和关键参数,以期为同领域的研究者在新型电力系统惯量支撑和调频研究过程中提供有益的参考。

关键词：惯量支撑调频系统频率响应模型

基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略

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电力系统自动化 2024年

作者：高映洁许寅吴翔宇常政威北京交通大学电气工程学院国网四川省电力公司

为提高电力系统频率安全保障能力，风电需主动向系统提供一定的频率支撑。为此，文中提出一种基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略。首先，建立了计及风电机组工作点偏移和调频死区的系统频率响应（SFR）模型。其次，基于... 详细信息

为提高电力系统频率安全保障能力，风电需主动向系统提供一定的频率支撑。为此，文中提出一种基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略。首先，建立了计及风电机组工作点偏移和调频死区的系统频率响应（SFR）模型。其次，基于SFR模型，采用一阶前向欧拉差分法构建差分离散化的最优系统频率轨迹优化模型，求解附加调频功率轨迹。然后，分析风电辅助调频反馈函数曲线规律及最优系统频率轨迹特性，推导反馈控制策略通用表达式，并进一步考虑实际频率控制中死区环节的影响，提出一种针对普通型死区的反馈函数修正方法，可集成到反馈控制策略框架中以准确描述风电机组频率支撑动态特性。最后，采用四机两区域算例进行仿真验证，结果表明所提策略及修正方法能有效改善系统频率响应动态特性，提高系统频率安全稳定性。

关键词：系统频率响应模型风电机组主动频率支撑最优频率轨迹频率响应特性

计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略

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电力系统自动化 2024年

作者：刘懿诗迟永宁刘超刘宏志中国电力科学研究院有限公司

新型电力系统能源结构的异质化发展，使得电网大功率有功缺额下大停电事故风险急剧增加，电网频率安全运行面临巨大挑战。考虑到西北沙戈荒区域大规模风电场具备的调频潜力及大容量直流外送的输出方式，提出计及送端电网风电调频能力的... 详细信息

新型电力系统能源结构的异质化发展，使得电网大功率有功缺额下大停电事故风险急剧增加，电网频率安全运行面临巨大挑战。考虑到西北沙戈荒区域大规模风电场具备的调频潜力及大容量直流外送的输出方式，提出计及送端电网风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略。当受端电网频率达到低频减载第一轮动作值时，送端电网风电紧急提供有功支援经特高压直流(UHVDC)线路输送至受端电网。首先，提出风电集群有功双层分配结构及有功分配系数，并基于频率特征识别提出风电场有功协调控制算法；利用容量加权平均法对所建立的多机系统频率响应(SFR)模型进行参数聚合，建立简化SFR模型；基于该模型，分别从时域、频域对电网频率特征进行量化分析，并针对频率紧急控制策略下电网频率特性与调频控制参数的关系进行评估；最后，基于西北沙戈荒某区域电网送出系统及IEEE 2区域4机系统进行仿真分析，仿真结果验证了所提频率紧急控制策略的有效性。

关键词：新型电力系统沙戈荒风电频率紧急控制特高压直流外送系统频率响应模型

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风电参与电网频率支撑的快速仿真模型

浙江电力 2022年第5期41卷 40-46页

作者：彭琰马骏超金宇清王晨旭黄小俊孙黎霞国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014 河海大学能源与电气学院南京211100

风电参与电网频率支撑对于维护电网安全稳定运行具有重要意义。MATLAB作为常用仿真软件只能构建小规模的含风电电力系统模型,并且仿真速度缓慢。为了在MATLAB中开展风电频率支撑控制研究并提高研究效率,构建了一种基于风电机组简化模型... 详细信息

风电参与电网频率支撑对于维护电网安全稳定运行具有重要意义。MATLAB作为常用仿真软件只能构建小规模的含风电电力系统模型,并且仿真速度缓慢。为了在MATLAB中开展风电频率支撑控制研究并提高研究效率,构建了一种基于风电机组简化模型和电网频率响应模型的快速仿真模型。首先以双馈感应风力发电机为例,提出了一种仅保留机械动态过程的风电机组模型简化方法;然后,提出了一种排除风电频率支撑作用的电网SFR(频率响应)模型获取方法;接着,通过风电机组简化模型和电网SFR模型相整合获得快速仿真模型;最后,通过算例验证了快速仿真模型的有效性和高效性。结果表明,构建的快速仿真模型的频率响应与完整电力系统模型一致,风电场采用单机等效时的仿真速度可提高130倍以上,风电场保留全部机组时的仿真速度提高了近1100倍,显著提高了在MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率。

关键词：风力发电快速频率响应一次调频系统频率响应模型

计及锅炉热动态影响的机组一次调频能力评估方法

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山东大学学报（工学版） 2022年第5期52卷 35-43页

作者：李兆伟张恒旭曹永吉李常刚高志民秦昊华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 江苏南京211106 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏南京211106 电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东济南250061 丹麦科技大学电气工程系电力与能源中心丹麦灵比2800

考虑锅炉在频率稳定分析中对机组的影响,提出计及热动态的机组一次调频能力评估方法。构建含锅炉热力学动态过程的扩展系统频率响应(extended system frequency response, ESFR)模型,推导扰动事故后频率动态响应在一次调频时间尺度下的... 详细信息

考虑锅炉在频率稳定分析中对机组的影响,提出计及热动态的机组一次调频能力评估方法。构建含锅炉热力学动态过程的扩展系统频率响应(extended system frequency response, ESFR)模型,推导扰动事故后频率动态响应在一次调频时间尺度下的时域表达式。构建综合频率偏移幅值和时间的评估框架,以量化表征一次调频能力。基于广域量测信息计算并校正ESFR模型参数,估计扰动事故后频率动态响应的特征量,实现对一次调频能力的量化。算例分析表明,本研究模型和方法能够减小频率动态响应分析和一次调频能力评估的误差。

关键词：频率稳定系统频率响应模型量化评估一次调频