新型电力系统频率特性分析、控制与运行优化

汇报人：闫克非单位：东北电力大学 目录 1、研究背景 2、新型电力系统频率特性建模与分析 3、新型电力系统频率协调控制 4、考虑频率安全的新型电力系统运行优化 1 》研究背景 大力发展新能源已经成为全球能源转型和应对气候变化的重大战略方向。在“双碳”目标下我国正着力于构建以新能源为主导的新型电力系统 新能源发展面临既要大规模开发、支要高水平消纳更要保障电力安全可靠等多重挑战。 新型电力系统源网结构及动态特性与传统电力系统存在显著差异，频率失稳风险增加 ，经变流器并网设备不具备对电网的主动响应能力，频率支撑能力弱 ·直流输电导致交流电网间紧急支援能力下降 新型电力系统的频率特性分析与安全运行调控面临技术挑战 挖掘多类型设备的频率主动支撑能力，从控制和运行层面提高系统频率安全性 考虑异构资源频率控制环节及频率时空分布特性的系统频率响应建模及分析 目录 1、研究背景 新型电力系统频率特性建模与分析 3、新型电力系统频率协调控制 4、考虑频率安全的新型电力系统运行优化 2 》频率特性建模与分析 2.1基于惯量中心的系统频率响应模型 ■考虑新能源和直流等调频作用，构建基于COI的系统全局频率响应模型， 仿真验证 系统频率响应模型 风电/直流的频率响应模型 采用修改的IEEE-10机39节点系统进行伤真验证，同步机的总装机容量为6000MW，风电场装机容量为2700MW，直流馈入容量为1000MW。 →不考虑频率的空间分布特性，可采用基于COI的系统全局频率响应模型来描述系统的率动态特性 +DFIG机电时间尺度下的小扰动数学模型 风轮机+异步发电机+转子侧摸漆器 ?VSC的小扰动数学模型 内环控制+考调频作用的外环控制 +受端电网频事响应过程的频域表达式 2 》频率特性建模与分析 2.1基于惯量中心的系统频率响应模型频率动态特征定品分析 构建系统聚合频率响应模型，推导频率动态特征表达式，定量分析新型电力系统频率响应特性 系统聚合频率响应（ASFR）模型 频率动态特征表达式 定量分析 根据变流器并网设备的控制方式，将其统一划分为跟网型和构网型电源两类。 频率最大偏差VuD, +1R.(1F.)2/, +R 聚合参数计算DR 2》频率特性建模与分析 2.2考虑网络分布特性的系统节点频率响应建模 针对新能源接入后系统节点频率存在显著的时空差异特性，基于改进的分频理论原理，提出考虑新能源频率支撑作用的节点频率响应模型构建方法。 节点频率计算 改进的分频理论原理 ?步骤1：求解频率支撑型风机的虚拟转速 电压相量微分 +步骤2：求解电网待求各节点频率[- /假设扰动对电压幅值的影响不大，各节点频率为： 2 》频率特性建模与分析 2.2考虑网络分布特性的系统节点频率响应建模仿克验证 节点频率差异性 仿真系统设置 设置节点27在=35s时发生三相短路故障，验证风电集中/分散并网方式对系统节点频率时空分布特性影响 各节点频率误差均较小，故所提电力系统节点频率响应模型具有较高的精确性和适用性， 目录 1、研究背景 2、新型电力系统频率特性建模与分析 3、新型电力系统频率协调控制 4、考虑频率安全的新型电力系统运行优化 3 》频率协调控制策略 电力系统频率稳定控制能力由调频资源的能量裕度和功率备用决定，各调控手段在时空尺度上差异显著，通过挖掘调控潜力、优化协调控制手段可提升受端电网的频率稳定性 3》频率协调控制策略 3.1风电场和多端柔直协同参与的受端电网分阶段调频控制策略 ■针对含风电的多端直流系统，提出多调频手段时序配合的多阶段调频控制策略。 多阶段频率协调控制流程 风电场和直流频率控制策略 根据网步机组、风电场和直流调频备用容量大小计算不同调频阶段的启动阅值 V阶段二： 基于风电场测故幅力系数的控制卷数设计： V阶股三： 基于各交流电网频率偏移程度的直流换流站自适应下垂系数 3频率协调控制策略 3.1风电场和多端柔直协同参与的受端电网分阶段调频控制策略仿真验证 结论 在“分阶段调频”风电场和受端站依层启动调频锁控制且仍能保证对受端电网的频率支撑效果；调频过程中，风电场的下垂和虚拟惯量系数预能力系数自适应变化，实时调整其调频功率；各端换流站的下垂控制系数可以根据各端交流电网频率偏差的差异进行实时修正，进一步影响调频功率分配结果。 3频率协调控制策略 3.2全风况下风电经柔直并网系统的频率全过程支撑策略 设计了GVSC的VSFR频率控制方法 设计风电机组的自适应功率控制，通过变速和变桨距角控制的自动切换，实现全风况下对系统的频率支撑 风电场经VSC-MTDC并网系统 受端GVSC的频率控制 定U定厂控制 P-U下重，定Q控制 VSFR控制 3》频率协调控制策略 3.2全风况下风电经柔直并网系统的频率全过程支撑策略仿真验证 VSFR的支撑性能验证 仿真工况设置 改变风速，验证所提策略在不同风速下的适用性 工况4：风速为10m/s 工况5：风速为8m/s; +不同控制方式的误差（与同步机SFR对比） 结论 所提策略适用于所有风速场景，通过协调变浆和变速控制实现对受端电网的频率支撑；在所有风况下始终遵循“先变速、后变菜”原则，优先果用变速控制方法，减少由浆距角动作引起的机械损失。 目录 1、研究背景 2、新型电力系统频率特性建模与分析 3、新型电力系统频率协调控制 考虑频率安全的新型电力系统运行优化 4 》考虑频率安全的系统运行优化 4 》考虑频率安全的系统运行优化 4.1考虑配电网频率支撑的输配协同两阶段棒优化运行算例分析 不同场景下优化结果分析 ?颖率安全分折 场景1 不考虑频率安全约束，利用火电机组与风电机组部分旋转备用作为一次调频备用：场景2： 结论 分布式电源调频备用 ■考虑分布式能源频率支撑能力可有效提高输配电网协同运行的轻济性，■所提两阶段鲁棒优化模型可通过调整不确定度数值调节自身保守性，使输配电网在保证自身经济性与安全性的基础上具备更强的鲁摔性。 考虑频率安全约束，仅由输电网侧火电机组与风电机组参与频率调节： ●场景3： 在场景2的基础上考虑配电网侧分布式电源参与频率调节。 考虑频率安全的系统运行优化 4.2计及风电和直流频率协调控制的交直流系统优化运行 交直流互联系统优化运行框架 频率控制方式 频率安全约束 ●柔直的网侧换流站： 虚拟惯量支撑C.., dv,H d= P 阶段一： 阶段二： 计及风电不确定性和频率动态安全约束的优化调度问题 确定性场景下的受端电网机组组合问题 ●目标函数：最小化日前机组启停成本minE(e** +e*++,) *均束条件：机组启停约束换流站功率方向调整约束 *约束条件：交/直流电网运行约束：机组运行约束：风电出力、备用约束：频稳定约束 4 》考虑频率安全的系统运行优化 不同场景下优化结果分析 运行成本优化结果对比 算例系统结构 场景设置 ●场景1： ！不考虑频率安全约束且风电场和直流不参与调频； ●场景2： 考虑频率安全约束和受端VSC的虚拟惯量控制： 结论 通过协同优化常规机组、直流电网和风电场的运行方式，最大限度地减少了常规机组的不必要启动，利用风电场调频备用主动为受端电同提供频率支撑，提高运行经济性的同时确保受端电同的频率稳定性 ●场景3： 考虑频率安全约束且考虑风电场和直流的频率协同控制。 衷心感谢各位专家！愿请批评指正！