PDF《大功率缺失下主动频率响应控制初探》

大功率缺失下主动频率响应控制初探 李卫东,晋萃萃,温可瑞,申家锴,刘柳(大连理工大学电气工程学院,辽宁省大连市

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2 4 ) 摘要:面对日益严峻的电网频率稳定形势, 需要应用更好的方式对种类不断丰富的频率响应手段 进行协调.

在原有安全稳定控制构架基础上, 提出一种主动频率响应控制框架与相关策略.其内 涵是: 针对大电网频率较为显著的空间分布特征, 利用已趋成熟的先进通信技术, 将 源―网―荷― 储 侧种类众多的频率响应控制手段由传统的依据本地参量的分散比例反馈控制, 转变为依据故障 处参量的集中事件( 或参量) 前馈主动控制, 通过各类手段间的优化协调充分发挥已有设备的控制 效能, 提高系统频率稳定控制能力.仿真分析表明, 所提出的想法和控制思路达到了预期效果, 可 为多类控制主体参与频率响应控制提供参考. 关键词:频率响应;

一次调频;

频率稳定控制;

辅助服务;

广域控制;

可再生能源 收稿日期:

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修回日期:

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2 8. 上网日期:

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0 6. 国家自然科学基金资助项目(

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0 引言 在特高压交直流混联电网逐渐成型、 新能源大 规模接入的背景下, 电网转动惯量减小、 一次调频能 力减弱且面临的大功率缺失故障风险增加, 系统频 率安全稳定形势极为严峻[

1 G 8] , 频率稳定控制问题受 到了广泛关注.扰动后秒至分钟级时间尺度, 即频 率响应( 一次调频) 的作用期间, 是决定频率稳定与 否的关键阶段, 历来为工程界和学术界所关注[ 9] . 频率稳定的本质是在扰动后秒至分钟级时间尺 度的有功功率平衡, 其发展过程和稳定与否取决于 攻防 两端的势力对比. 攻 对应于功率不平衡数 量, 防 对应于故障前、 故障后针对有功平衡控制的 各种行为, 包括: 故障前的频率调整控制, 使系统运 行频率处在高位( 送端电网处于低位) , 以提升系统 抗冲击能力, 属预防控制[

1 0] ;

故障时相继作用的系 统惯性、 继电保护切除故障和随后介入的频率响应 控制, 上述措施未能有效遏制频率下降而投入的低 频减载或高频切机[

1 1] , 以及频率恢复稳定过程中的 自动发电控制( AG C) 和事故备用调用控制, 这些均 属于校正控制. 攻 侧, 特高压交直流输电线路的输送功率数 量日渐提升, 清洁高效的巨型火电和核电机组逐步 代替了污染低效的小火电机组[

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1 3 ] , 单一元件故障 所引起的功率失衡数量大幅增加;

相对较差的环境, 加之直流线路积污速度快, 导致特高压输电线路直 流单极闭锁故障率较高. 防 侧, 一方面, 容量占比 不断提升的可再生能源挤占了常规火电机组的发电 空间, 导致常规机组并网数量减少, 从而造成系统惯 性和频率响应能力的持续下降, 这会带来以下结果: ①使正常运行状态下频率偏差整体加大, 导致故障 前频率处于低位的概率大幅上升;

②使故障后频率 下降速率提升, 同时由于频率响应能力下降所造成 频率下降遏制能力的降低, 导致低频减载或高频切 机措施投入的风险增加.另一方面, 随着输电、 电力 电子和通信等技术的不断发展, 电力体制改革不断 纵深化推进, 主动负荷控制、 储能( 包括电动汽车) 等 技术日渐成熟, 新型种类发电( 如燃气等) 机组、 主动 负荷响应( 如虚拟发电机和精准切负荷等) 、 储能设 备( 储能电站和电动汽车电池等) , 以及直流输电线 路功率调制等将会成为新的频率响应控制成熟手 段, 未来电网的频率响应控制手段将日趋丰富. 目前, 为保证整个电网运行安全和运行品质, 频 率响应被设置为跨区无偿相互支援的功能, 是所有 发电单元必备的输电辅助服务;