一次调频

随着电力系统中可再生能源比重逐渐增加，电力系统频率波动的风险增大。飞轮和锂电池可以优势互补，作为混合储能应用于电网一次调频中，有效解决系统频率波动问题。为了充分发挥飞轮和锂电池各自的调频优势，提出基于自适应荷电状态(state of charge,SOC)的电池-飞轮混合储能一次调频控制策略。首先，建立含正、负虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的权重分配一次调频模型；然后，利用飞轮和锂电池SOC对一次调频模型参数进行修正，提高混合储能在SOC阈值附近的一次调频能力；最后，仿真对比各调频场景下文中控制策略与其他控制策略的调频能力及SOC恢复效果。研究结果表明，文中控制策略下储能系统SOC波动范围最小，电池不会发生过充过放，且系统频率波动不超过±0.2 Hz，可以提高电网频率稳定性。

目前，调频死区对于风储联合调频的影响机理尚不明确，且风储最优调频死区参数难以获得。为此，对考虑一次调频死区的风储联合调频进行机理分析并提出最优的死区参数设置方案。首先，依据风电机组与电池储能的不同调频特性确定对应的死区模型，建立考虑风储一次调频死区的频率响应模型。其次，分析调频死区内外不同特征以及风储不同投入阶段对动态频率的影响，进而分段解析求解最大频率偏差时域表达式。然后，为兼顾调频效果与调频经济性，提出基于改进多目标粒子群(improved multi-objective particle swarm optimization, IMOPSO)算法的调频死区参数寻优方法。最后，仿真验证了将风储一次调频死区参数分别设置为0.0579 Hz和0.0386 Hz时所提方法的有效性。

为提高大规模风电并网后电网频率稳定性，降低风储系统调频成本，提出考虑虚拟控制参数调节的优化模型预测控制策略。首先，计及储能系统对电网惯性水平与阻尼能力的作用，引入双曲正切函数自适应调节储能系统虚拟控制参数，满足不同时段的调频需求。然后，基于风储系统状态方程建立预测模型，以频率偏差与调频成本最小为控制目标，设计自适应模型预测控制策略。最后，搭建仿真模型，在阶跃和连续负荷扰动工况下对不同控制策略的效果进行对比分析。结果表明，所提控制策略能够有效改善电网调频效果，优化储能系统和风电机组的出力，具有更优的协同控制性能。

随着电力系统可再生能源占比不断提高，系统的惯量水平逐步降低，通过配置储能使光伏发电提供惯量与一次调频支撑成为应对频率稳定性问题的有效手段。过小的频率支撑参数无法充分利用光储系统的调频能力，而过大的参数将导致暂态过程中储能或变流器功率越限，引发设备损坏风险。为此，提出了一种考虑容量限制的光储系统惯量与一次调频参数优化配置方法。首先，基于构网型光储系统的控制方程建立了频率偏差、频率死区、一次调频系数与变流器出力间的解析关系，从而推导出保证变流器和储能出力不越限的一次调频系数的可行边界。其次，以光储系统容量限制和其参与暂态频率支撑的动态方程为约束，建立了最大化频率最低点的光储系统频率支撑优化模型，以确定最佳的虚拟惯量系数。最后，仿真分析验证了该方法可在多种场景下充分利用光储系统的暂态频率支撑能力，并满足容量限制。

新能源渗透率的提高增加了电网频率控制的复杂度，储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题，但受储能运行的安全性与经济性约束，要求调频措施更具针对性。文中对此展开研究，提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先，在储能辅助电网调频模型基础上，选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法，通过电网频率变化率(rate of change of frequency，RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析，设计基于频率响应特性的调频需求分区规则；然后，根据不同调频需求对应的分区判断，对储能有功输出方式进行动态调整，以响应调频需求的不确定性，并在此基础上，针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系，通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡；最后，仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上，有效降低储能充放电深度。

该成果由中国大唐集团自主研发，风电机组主控制器作为风电机组主控系统核心部件，实现对风电机组的实时控制，同时负责指令接收与数据上传。可实现风电机组的数据采集与交换、逻辑计算、动作执行、人机交互、变桨、偏航、故障报警、电网故障穿越、一次调频等功能。该系统在满足实时性的同时能够实现环境自适应优化运行能力，有效提升单台机组发电效率，使风电机组能够自动化、智能化的运行。进而打造风电领域覆盖全生态的、具有自主知识产权的风电解决方案，针对无厂家支持的现役风电机组进行电控或涉网改造，实现风电场的提质增效，并为风电机组实时数据采集、大数据状态分析和智能化升级等企业数字化转型提供坚实的技术支撑。

汽轮机阀门流量函数的合理设置是火电机组功率控制效果的重要保障。当汽轮机阀门流量函数与实际阀门流量特性存在不匹配时，将导致功率控制非线性问题加剧，从而造成实际机组的一次调频性能、功率控制稳定性下降，严重时会引起机组功率振荡乃至电网低频振荡。根据数据统计结果，2015~2017年湖南省内共发生9次火电机组功率振荡，其原因均与阀门流量函数设置有关。而在全国范围内，由阀门流量函数设置问题引起的火电机组功率振荡乃至电网低频振荡也不在少数。因此汽轮机阀门流量函数是影响火电机组功率振荡的重要因素。 目前，阀门流量特性及优化试验是确定阀门流量特性问题和优化阀门流量函数的主要技术手段。在实际应用中，该试验往往是在机组已经存在阀门流量函数设置问题并产生相应后果（如一次调频性能下降、功率振荡等）后展开的。这是一种“治已病而非治未病”的治理思路，无法实现阀门流量特性问题的主动防治。 针对现有技术手段存在的不足，设计并开发了汽轮机阀门流量特性在线监测优化系统，该系统能够实现阀门流量特性的在线监测和阀门流量函数的滚动优化，使机组始终避免出现由阀门流量特性引起的一次调频性能下降、功率振荡等问题，最终实现功率振荡问题的主动防治。

考虑风电场中不同风况下风电机组参与一次调频能力的差异，在下垂控制和惯量控制策略的基础上，对机组的调频能力评估方法进行优化。 方法 提出了一种改进的多机组调频参考功率协同控制策略。 结果 引入多机组协同控制方法能够有效改善机组之间调频参考功率的分配，从而有效调节各机组参与系统一次调频的程度。在惯量控制和下垂控制的基础上引入改进的协同控制策略，依据机组在实际风况下运行的状态，评估机组能够有效参与一次调频的参考功率。引入调频能力系数能够实现调频功率参考值在各机组之间按能分配。 结论 协同控制策略能够有效保护风电机组转速，同时能够有效改善电网频率响应。