摘要:

摘要:同步机主导的电力系统中，机械旋转惯量是决定频率动态的主导因素，被代指为系统惯量。随着新能源占比升高，机械旋转惯量不断下降，其主导作用被削弱，现有对电力系统惯量的认知不再适用。文中首先回顾惯量作为阻碍物体状态变化能力度量的物理本质，把电力系统建模为包含不同尺度下多种能量形式和元件的能量供应链，将惯量广义化为机械旋转惯量、电惯量、热惯量、流体惯量。能量供应链中，同一尺度上存储惯量和通道惯量组成的“惯量对”决定了该尺度的动态；总的尺度上，不同尺度的多个“惯量对”决定了时域的序贯动态和频域的级联滤波特性。然后，进一步揭示了惯量需求的根源是能量需求，存储单元需要有足够的瞬时可释放能量来应对传输通道引起的能量补充滞后，整个能量供应链需要存储足够的本地能量支撑分散控制。能量视角下的电力系统惯量认知有助于评估新型电力系统的惯量需求，为新型电力系统有功控制的方法设计提供理论指导。

摘要:频率稳定是未来新型电力系统运行的最关键要求之一。中国的能源禀赋决定了燃煤火电机组是最核心、最可靠的一次调频资源。然而，燃煤火电已开始出现一次调频能力不足的趋势。为了满足当前和长远发展的需要，文中综述了燃煤火电在一次调频领域所面临的挑战、研究现状和关键科学问题。首先，总结了新型电力系统发展背景下火电一次调频的4个重要趋势，分析了下一步调频在电网和火电厂运行中的不足，提炼出提高一次调频能力和快速准确模拟调频的关键挑战。其次，从电网和火电厂运行的双向视角，综述了调频能力提升和调频动态仿真的研究现状和存在的问题。最后，结合上述挑战和瓶颈，展望了未来新型电力系统火电一次调频的关键技术问题。

摘要:低惯量运行风险是电力低碳转型过程中的重大问题，已成为制约以新能源为主体的新型电力系统可持续发展的痛点和关键瓶颈。惯量需求评估是实现系统低惯量风险感知与管控的基础。然而，当前惯量需求相关概念仍不明晰，未充分考虑故障类型和电网频率安全防线的影响，致使评估结果不够合理。文中从基本概念、表征指标和评估方法3个层面对电力系统惯量需求分析开展了研究。首先，考虑惯量支撑功率多阶段响应特征，给出了电力系统惯量需求的基本概念，并从能量和时序视角提出了惯量需求的量化表征指标。然后，综合计及故障类型和频率安全控制策略的影响，构建了一种适用于电网频率安全防线体系的惯量需求评估方法及分级机制。最后，以某实际电网为例，基于所提方法对其系统惯量需求进行评估和分析，验证了所提方法的合理性和有效性。

摘要:为尽可能充分利用风电场支撑功率，避免资源浪费，有必要量化评估风电场的调频能力。然而，风电场调频能力缺乏定义且难以评估，运行参数及边界约束对支撑能力的影响机理不明。为此，定义了多时间尺度、多能量形式、多评估层次的指标，从而精准量化评估调频能力。基于所提评估指标，通过分析风电场运行参数对调频能力的作用机理，揭示了转速是低风速和低减载工况下的主要影响因素，而载荷与容量是高风速和高减载工况下的主要影响因素等结论。进一步，提出了基于非线性规划模型的方法对评估指标进行精确计算。最后，对四机两区域系统中下垂和减载控制下的单机聚合风电场进行了算例分析，验证了所提评估指标的合理性和评估方法的准确性，以及关键影响因素分析结论的正确性。

摘要:高比例新能源电力系统惯性水平低、不确定性强，系统惯性水平与频率动态响应过程密切相关。系统内各节点之间的频率响应过程在时空上具有相关性，动态量化节点间频率的时空相关性是实时估计新型电力系统惯量的技术手段。首先，给出了面向同步机组和新能源发电机组惯量的计算方法；其次，利用Granger因果检验算法，动态分析系统内不同节点之间频率的相关性，构建随时间变化的系统频率时空因果相关集合；此外，基于系统内各节点频率响应过程的摇摆方程，建立系统惯性常数-频率状态空间模型；然后，基于无迹卡尔曼滤波器和固定滞后平滑器，提出高比例新能源电力系统惯量估计方法；最后，在改进的IEEE 39节点系统中验证了所提方法的有效性和适用性。结果表明，所提方法可以在不同新能源渗透率和频率扰动场景下保证惯量估计效果的一致性，具有工程应用潜力。

摘要:现有电力系统频率强度量化方法通常假设各节点电压幅值恒定。然而，频率扰动过程中各节点电压幅值并非恒定，且可能通过影响负荷等途径而作用于系统频率，故电压恒定的假设可能导致量化结果不准确，甚至出现错误的结论。为此，提出了一种考虑电压动态的电力系统频率强度量化方法。首先,建立了考虑电压动态的系统频率响应模型。其中,电压动态对系统频率的影响通过一个全局耦合项表征，并揭示了电压和频率的交互作用路径。基于此，分析了多种考虑电压动态的设备及负荷对系统频率的影响，包括采用混合同步控制的构网型变流器、附加频率或电压外环的跟网型变流器，以及考虑电压特性的恒阻抗-恒电流-恒功率(ZIP)静态负荷和异步电机负荷等。然后，通过将电压耦合项分区解耦并进行统一简化建模，量化分析了系统各区域的频率支撑能力以及整个系统的频率强度。最后，通过仿真验证了所提频率强度量化方法的有效性。

摘要: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。

摘要:建立和实际调频响应特性一致的风电机组模型，是分析高比例新能源电力系统频率安全稳定的前提和基础。目前，针对风电机组涉频仿真建模的研究较少，多在调频控制器结构已知的前提下采用智能算法进行控制参数的辨识，缺乏通用性与工程实用性。首先，文中建立了能够涵盖国内主流型号全功率型风电机组的通用电磁暂态模型，并在此基础上，针对风电机组的可行调频控制策略，构建了包括超速减载控制、桨距角控制、虚拟惯量控制和下垂控制的全要素综合调频控制系统。然后，基于机组调频响应特性与调频控制策略/参数的对应关系，提出了采用机组实测频率响应特性曲线形态辨识调频控制器结构、采用机组实测频率响应特性曲线特征值辨识调频控制器参数的实用化辨识方法。最后，通过所提实用化调频控制器辨识方法建立的机组电磁暂态模型与厂家“黑盒”模型及现场试验的调频响应特性的对比，验证了所提调频控制器辨识方法的有效性。

摘要:新能源惯量响应正逐步成为并网规程的新要求及辅助服务市场的新产品，其惯量响应性能的测试与惯性时间常数的评估，有助于满足相应并网规程要求和清算辅助服务产品经济效益，但惯量响应性能测试标准中未涉及惯性时间常数的评估方法。为此，文中提出了一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数评估方法。首先，基于电网模拟器生成系统可能存在的频率变化率和频率偏移量，依据惯量关键评价指标合理选取全动态过程分析的时间节点，以提高分析精度；然后，对惯量响应过程中的有功功率-频率延迟环节进行计算和补偿，以消除延迟造成的评估误差；最后，设计了一种依据差分化同步机摇摆方程的惯量连续评估算法，实现对新能源惯量的准确评估。在RT-LAB半实物平台搭建了新能源惯量评估实验环境，验证了所提算法在不同延时场景下评估结果的准确性。

摘要:电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时，直驱风电机组（DDWT）并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应，同时电压相位突变引发锁相暂态响应，锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差，可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此，提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法；解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径，提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法；建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型，提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法，解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性，并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

摘要:高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性，使各节点的频率动态异质化明显，导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能，提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先，基于分频器理论，构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次，为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响，提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后，考虑频率空间分布特性，以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标，建立虚拟惯量配置优化模型。最后，通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。

摘要:新能源大规模并网显著降低了交流系统惯量，并网换流器参与频率控制成为提升频率稳定性的重要手段。基于传递函数模型推导了附加频率控制下并网换流器的动态惯量，发现其受惯量设计参数和其他控制环节的共同影响，呈现时变特性，但是将其简化为与同步发电机旋转惯量类似的常数会导致分析误差。为此，面向定直流电压控制和定功率控制这两类主流的并网换流器控制方式，提出了附加频率控制下并网换流器动态惯量的量化评估方法，分析了控制参数、运行工况和系统特性等不同因素对惯量的影响机制，得到了有功控制外环会显著改变原有设计惯量的结论，需重点关注其控制参数导致的惯量偏差。最后，基于在Simulink中搭建的时域仿真模型，验证了所提传递函数模型及惯量量化评估方法的正确性和有效性。

摘要:为提高电力系统遭受大扰动后的频率稳定性，风电机组需具有主动频率支撑的能力。然而，现有的风机频率支撑控制大多直接模仿同步发电机的惯量及调频特性，未能充分发挥风机控制的灵活性。针对这一问题，从提升系统频率最低点这一核心需求出发，提出一种考虑系统一次调频特性的风机最优频率支撑控制。首先，以最大化频率最低点为控制目标，提出并严格证明了系统频率最优轨迹的通用形态。然后，构建了风机能量回收特性的定量表达，并以此为基础，结合系统频率响应模型逆向推导了风机的最优频率支撑控制。最后，仿真和对比验证表明，所提方法通过与系统原有的调频特性协同，从而显著提升了频率最低点，且对不同运行工况和扰动水平均具有较好的鲁棒性。

摘要:高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越，使得系统承受大容量短时性功率冲击，可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值，带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此，首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型，进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据，综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全，提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法，并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后，在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。

摘要:针对大规模风电接入带来的系统调频能力不足和调频能量透支引发的频率二次跌落问题，提出一种多风电场动态差异化时序协同的频率支撑控制策略。首先，阐述综合惯量控制下的风电调频原理，基于能量守恒理论分析频率响应阶段风电场群的动能变化过程，揭示多风电场调频时序对调频效果的影响机理。然后，考虑多风电场群同时调频引发的频率二次跌落风险，从场站交互视角逆向设计风电场群调频时序和任务分工，并依据风电实时调频能力动态调整投入顺序，以保证初期过程惯量安全需求，并提升频率最低点、抑制风电场群退出调频导致的系统频率严重二次跌落。最后，通过3机9节点测试系统和某实际电网算例对所提控制策略进行仿真分析，结果验证了所提策略的有效性和实用性。

摘要:目前，基于联邦深度强化学习的微网（MG）能量管理研究未考虑多类型能量转换与MG间电量交易的问题，同时，频繁交互模型参数导致通信时延较大。基于此，以一种包含风、光、电、气等多类型能源的MG为研究对象，构建了支持MG间电量交易和MG内能量转换的能量管理模型，提出基于正余弦算法的联邦竞争深度Q网络学习算法，并基于该算法设计了计及能量交易与转换的多MG能量管理与优化策略。仿真结果表明，所提能量管理策略在保护数据隐私的前提下，能够得到更高奖励且最大化MG经济收益，同时降低了通信时延。

摘要:共享储能通过储能资源的复用，能有效应对高成本和利用率低的难题。迅速发展的需求侧资源在共享储能中具有潜在应用，但其不确定性问题亟待解决。文中引入了电动汽车和温控负荷的虚拟储能模型，结合实体储能，建立了考虑不确定性的广义共享储能模型和相应的优化算法，以确定实体储能的最佳容量配置。共享储能运营商根据用户需求，实现多类型储能的优化配置，并设计虚拟储能持有者的满意度补偿，以保障其用户体验和经济利益。此外，采用Wasserstein距离描述电动汽车和温控负荷的不确定性，并结合基于风险价值的分布鲁棒机会约束算法进行求解。算例结果表明，采用广义共享储能模型和分布鲁棒机会优化算法，能够充分考虑不确定性，有效降低用户的能源消费成本和运营商的储能配置成本。

摘要:电力电子变压器(PET)是柔性直流配电网中电能变换的关键设备。受仿真资源限制，现有PET电磁暂态(EMT)实时仿真规模较小，无法满足大容量系统硬件在环测试与快速仿真需求。文中提出一种双有源桥(DAB)型PET实时低耗等效建模算法。首先，深入挖掘了DAB高频链端口解耦模型的二值输入导纳特性，并从数值分析与物理意义两个层面进行了阐述。以此为基础，构建了具有N+1特性的PET高频链端口解耦模型。其次，提出了基于有限存储的低内存占用EMT解算方案、紧凑型低延时仿真框架、分组并行流水线计算硬件实现方案，降低了所提等效模型在实时仿真中对存储内存、计算时钟和硬件资源的需求。最后，在RT-LAB中完成了基于Verilog语言的250 ns实时低耗等效仿真模型开发，并进行了所建模型仿真精度和资源利用率测试。

摘要:电动汽车（EV）大规模发展会加大电网的调峰调频压力。通过换电站市场化运营，可有效激励换电站利用EV换电需求和换电站电池灵活性资源，缓解电网调峰调频压力。为此，提出了换电站参与电能量市场和调频辅助服务市场的协同竞价策略及其两阶段优化模型。第1阶段依据调频市场需求制定换电价格，引导EV调整换电需求，优化冗余电池数量及时序，以便与调频需求趋势一致，进而提升换电站调频服务收益；第2阶段考虑换电站需求响应和市场调峰调频需求，制定换电站竞价策略。所提出竞价策略在优先满足EV换电需求的同时，可降低换电站充电成本、提升调频服务收益，并助力电网调峰调频。算例仿真结果验证了所提策略的有效性。