中国电力 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (10): 115-123.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202302081
汪康康1(), 孙昕炜1(
), 周波1(
), 郑天文2(
), 魏巍1(
), 蒋力波2(
)
收稿日期:
2023-02-21
接受日期:
2023-07-25
出版日期:
2023-10-28
发布日期:
2023-10-31
作者简介:
汪康康(1974—),男,硕士,高级工程师,从事电网规划及运行相关工作,E-mail: 647819822@qq.com基金资助:
Kangkang WANG1(), Xinwei SUN1(
), Bo ZHOU1(
), Tianwen ZHENG2(
), Wei WEI1(
), Libo JIANG2(
)
Received:
2023-02-21
Accepted:
2023-07-25
Online:
2023-10-28
Published:
2023-10-31
Supported by:
摘要:
随着电力系统中电力电子设备的渗透率大幅提升,在扰动下系统发生低频振荡失稳问题日益凸显。为此,结合压缩空气储能良好的有功调节能力,提出了抑制电网低频振荡的压缩空气储能附加阻尼控制方法。首先,建立了压缩空气储能的数学模型,分析了质量流量对其输出功率的影响。其次,分析压缩空气储能抑制低频振荡的可行性,提出了基于调节阀的附加阻尼控制器,调整质量流量,进而控制压缩空气储能的输出功率,抑制电网的低频振荡。最后,搭建含压缩空气储能的4机2区域电力系统仿真模型,验证所提方法的有效性。仿真结果显示所提方法能够为电网提供正阻尼,可较快抑制电网的低频振荡,有效提高电力系统的稳定性。
汪康康, 孙昕炜, 周波, 郑天文, 魏巍, 蒋力波. 基于压缩空气储能附加阻尼控制的电力系统低频振荡抑制策略[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 115-123.
Kangkang WANG, Xinwei SUN, Bo ZHOU, Tianwen ZHENG, Wei WEI, Libo JIANG. Low-Frequency Oscillation Suppression Strategy for Power System Based on Supplementary Damping Control of Compressed Air Energy Storage[J]. Electric Power, 2023, 56(10): 115-123.
名称 | 数值 | |
环境温度 Ten/K | 293 | |
储气库温度 Tac/K | 300 | |
储气库最大压力 pac/MPa | 10 | |
储气库容量 Vac/m3 | 26608.47 | |
空气定压比热容比 cp/(J·(kg·K)–1) | 1000 | |
空气定容比热容比 cv/(J·(kg·K)–1) | 714 | |
理想气体常数 Rg | 287.15 | |
储气库内面积 Aac/m2 | 6110.5 | |
充满时储气库空气质量 mac/kg | 3088800 | |
额定透平功率 Pe/MW | 100 | |
额定透平功率的质量流量 Qe/(kg·s–1) | 286 |
表 1 CAES系统的参数
Table 1 Parameters of CAES system
名称 | 数值 | |
环境温度 Ten/K | 293 | |
储气库温度 Tac/K | 300 | |
储气库最大压力 pac/MPa | 10 | |
储气库容量 Vac/m3 | 26608.47 | |
空气定压比热容比 cp/(J·(kg·K)–1) | 1000 | |
空气定容比热容比 cv/(J·(kg·K)–1) | 714 | |
理想气体常数 Rg | 287.15 | |
储气库内面积 Aac/m2 | 6110.5 | |
充满时储气库空气质量 mac/kg | 3088800 | |
额定透平功率 Pe/MW | 100 | |
额定透平功率的质量流量 Qe/(kg·s–1) | 286 |
名称 | 数值 | |
额定容量 Pn/(MV·A) | 100 | |
额定频率 fn/Hz | 50 | |
额定电压 Un/kV | 10 | |
时间常数 H/s | 3 | |
阻尼系数 KD | 28 | |
极对数 p | 2 | |
内部阻抗 R、X(p.u.) | 0.06、0.051 |
表 2 CAES同步发电机的参数
Table 2 Parameters of CAES synchronous generator
名称 | 数值 | |
额定容量 Pn/(MV·A) | 100 | |
额定频率 fn/Hz | 50 | |
额定电压 Un/kV | 10 | |
时间常数 H/s | 3 | |
阻尼系数 KD | 28 | |
极对数 p | 2 | |
内部阻抗 R、X(p.u.) | 0.06、0.051 |
名称 | 数值 | |
增益系数 KQS | 20000 | |
时间常数 TWQS/s | 0.10 | |
时间常数 T1QS/s | 0.63 | |
时间常数 T2QS/s | 0.08 |
表 3 附加阻尼控制器的参数
Table 3 Parameters of additional damping controller
名称 | 数值 | |
增益系数 KQS | 20000 | |
时间常数 TWQS/s | 0.10 | |
时间常数 T1QS/s | 0.63 | |
时间常数 T2QS/s | 0.08 |
工况 | 功率幅值/MW | 频率/Hz | 阻尼比 | |||
无附加阻尼控制 | 462 | 0.52 | 0.035 | |||
有附加阻尼控制 | 358 | 0.55 | 0.190 |
表 4 Prony分析结果
Table 4 Prony analysis results
工况 | 功率幅值/MW | 频率/Hz | 阻尼比 | |||
无附加阻尼控制 | 462 | 0.52 | 0.035 | |||
有附加阻尼控制 | 358 | 0.55 | 0.190 |
1 | MALEKI H, VARMA R K. Comparative study for improving damping oscillation of SMIB system with STATCOM and BESS using remote and local signal[C]//2015 IEEE 28 th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). Halifax, NS, Canada. IEEE, 2015: 265–270. |
2 | 罗澍忻, 韩应生, 余浩, 等. 构网型控制在提升高比例新能源并网系统振荡稳定性中的应用[J]. 南方电网技术, 2023, 17 (5): 39- 48. |
LUO Shuxin, HAN Yingsheng, YU Hao, et al. Application of network control in improving oscillation stability of high proportion new energy grid-connected system[J]. Southern Power System Technology, 2023, 17 (5): 39- 48. | |
3 |
ZHANG X R, LU C, LIU S C, et al. A review on wide-area damping control to restrain inter-area low frequency oscillation for large-scale power systems with increasing renewable generation[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 57, 45- 58.
DOI |
4 | 方日升, 林耀东, 徐振华, 等. 基于录波曲线的电力系统低频振荡事故原因分析与抑制策略[J]. 中国电力, 2021, 54 (11): 104- 114. |
FANG Risheng, LIN Yaodong, XU Zhenhua, et al. Cause analysis and suppression strategy of power system low-frequency oscillation based on recording curves[J]. Electric Power, 2021, 54 (11): 104- 114. | |
5 |
杨超然, 宫泽旭, 洪敏, 等. 外环动态影响下变流器广义阻抗判据的适用性分析[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41 (9): 3012- 3024.
DOI |
YANG Chaoran, GONG Zexu, HONG Min, et al. Applicability analysis of the generalized-impedance stability criterion for converters considering the outer-loop dynamics[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41 (9): 3012- 3024.
DOI |
|
6 |
LIU J, MIURA Y, BEVRANI H, et al. Enhanced virtual synchronous generator control for parallel inverters in microgrids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2017, 8 (5): 2268- 2277.
DOI |
7 |
郭贤珊, 李云丰, 谢欣涛, 等. 直驱风电场经柔直并网诱发的次同步振荡特性[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40 (4): 1149- 1160, 1407.
DOI |
GUO Xianshan, LI Yunfeng, XIE Xintao, et al. Sub-synchronous oscillation characteristics caused by PMSG-based wind plant farm integrated via flexible HVDC system[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40 (4): 1149- 1160, 1407.
DOI |
|
8 | 熊尚峰. PSS抑制低频振荡的理论与应用研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2016. |
XIONG Shangfeng. Theory and application of PSS to suppress low frequency oscillation[D]. Changsha: Hunan University, 2016. | |
9 |
张伟, 余莉, 刘玉娟, 等. 基于MATLAB的同步发电机PSS与励磁系统仿真[J]. 计算机与数字工程, 2011, 39 (8): 62- 65.
DOI |
ZHANG Wei, YU Li, LIU Yujuan, et al. Synchronous generator excitation system with PSS simulation based on MATLAB[J]. Computer & Digital Engineering, 2011, 39 (8): 62- 65.
DOI |
|
10 |
陈来军, 梅生伟, 王俊杰, 等. 面向智能电网的大规模压缩空气储能技术[J]. 电工电能新技术, 2014, 33 (6): 1- 6.
DOI |
CHEN Laijun, MEI Shengwei, WANG Junjie, et al. Smart grid oriented large-scale compressed air energy storage technology[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2014, 33 (6): 1- 6.
DOI |
|
11 |
梅生伟, 李瑞, 陈来军, 等. 先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38 (10): 2893- 2907, 3140.
DOI |
MEI Shengwei, LI Rui, CHEN Laijun, et al. An overview and outlook on advanced adiabatic compressed air energy storage technique[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38 (10): 2893- 2907, 3140.
DOI |
|
12 |
李盼, 杨晨, 陈雯, 等. 压缩空气储能系统动态特性及其调节系统[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40 (7): 2295- 2305,2408.
DOI |
LI Pan, YANG Chen, CHEN Wen, et al. Dynamic characteristics of compressed air energy storage system and the regulation system[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40 (7): 2295- 2305,2408.
DOI |
|
13 |
李扬, 张新敬, 宋健斐, 等. 压缩空气储能系统释能过程动态调控[J]. 储能科学与技术, 2021, 10 (5): 1514- 1523.
DOI |
LI Yang, ZHANG Xinjing, SONG Jianfei, et al. Dynamic regulation and control of the discharge process in compressed air energy storage system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10 (5): 1514- 1523.
DOI |
|
14 |
王丹, 张甜甜, 吴嘉禾, 等. 大规模压缩空气储能系统发电方式与运行控制分析与构想[J]. 电力系统自动化, 2019, 43 (24): 13- 22.
DOI |
WANG Dan, ZHANG Tiantian, WU Jiahe, et al. Analysis and conception of power generation mode and operation control of large-scale compressed air energy storage system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43 (24): 13- 22.
DOI |
|
15 |
李广阔, 陈来军, 郑天文, 等. 压缩空气储能系统调相运行模式初探[J]. 全球能源互联网, 2018, 1 (3): 348- 354.
DOI |
LI Guangkuo, CHEN Laijun, ZHENG Tianwen, et al. Preliminary investigation on operation mode of compressed air energy storage system as synchronous condenser[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2018, 1 (3): 348- 354.
DOI |
|
16 |
李姚旺, 苗世洪, 尹斌鑫, 等. 考虑先进绝热压缩空气储能电站备用特性的电力系统优化调度策略[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38 (18): 5392- 5404.
DOI |
LI Yaowang, MIAO Shihong, YIN Binxin, et al. Power system optimal scheduling strategy considering reserve characteristics of advanced adiabatic compressed air energy storage plant[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38 (18): 5392- 5404.
DOI |
|
17 | 李瑞, 陈来军, 梅生伟, 等. 先进绝热压缩空气储能变工况运行特性建模及风储协同分析[J]. 电力系统自动化, 2019, 43 (11): 25- 33. |
LI Rui, CHEN Laijun, MEI Shengwei, et al. Modelling the off-design operation characteristics of advanced adiabatic compressed air energy storage and cooperative analysis of hybrid wind power and energy storage system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43 (11): 25- 33. | |
18 | 方乐, 刘成奎, 陈晓弢, 等. 含光热复合压缩空气储能的分布式综合能源系统容量规划方法[J]. 电工技术学报, 2022, 37 (23): 5933- 5943. |
FANG Le, LIU Chengkui, CHEN Xiaotao, et al. Capacity planning method of distributed integrated energy system with solar thermal composite compressed air energy storage[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37 (23): 5933- 5943. | |
19 |
BAI Jiayu, LIU Fang, XUE Xiaodai, et al. Modelling and control of advanced adiabatic compressed air energy storage under power tracking mode considering off-design generating conditions[J]. Energy, 2021, 218, 119525.
DOI |
20 |
ZHAO P, WANG P Z, XU W P, et al. The survey of the combined heat and compressed air energy storage (CH-CAES) system with dual power levels turbomachinery configuration for wind power peak shaving based spectral analysis[J]. Energy, 2021, 215, 119167.
DOI |
21 | LI Y, MIAO S, ZHANG S, et al. A reserve capacity model of AA-CAES for power system optimal joint energy and reserve scheduling[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, 104, 279- 290. |
22 | 文贤馗, 李翔, 邓彤天, 等. 先进压缩空气储能系统的余热回收和利用[J]. 中国电力, 2022, 55 (2): 28- 34. |
WEN Xiankui, LI Xiang, DENG Tongtian, et al. Waste heat recovery and utilization of advanced compressed air energy storage system[J]. Electric Power, 2022, 55 (2): 28- 34. | |
23 | 胡福年, 徐伟成, 陈军. 含可再生能源与CAES电站的电热综合能源系统调度策略[J]. 中国电力, 2022, 55 (11): 129- 141. |
HU Funian, XU Weicheng, CHEN Jun. Scheduling strategy of electrothermal integrated energy system with renewable energy and CAES power station[J]. Electric Power, 2022, 55 (11): 129- 141. | |
24 | KUNDUR P, BALU N J, LAUBY M G. Power system stability and control[M]. New York: McGraw-Hill, 1994. |
25 | 赵辉. 电力系统低频振荡阻尼机理及控制策略研究[D]. 天津: 天津大学, 2006: 35–44. |
ZHAO Hui. Resonance mechanism and control strategies of power system low frequency oscillation[D]. Tianjin: Tianjin University, 2006: 35–44. |
[1] | 黄呈帅, 梁健, 李波, 杨亚欣, 胡杨, 姚尔人. 基于掺氢燃气轮机的综合能源系统热经济学性能研究[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 195-208. |
[2] | 梁健, 王蒙, 杨亚欣, 胡杨, 姚尔人. 基于压缩空气储能与增强型地热的三联产系统热力学分析[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 209-218. |
[3] | 盛师贤, 周鑫, 王德林, 廖佳思, 李婧祺, 康积涛. 虚拟同步风电场协同光伏电站附加阻尼控制方法[J]. 中国电力, 2022, 55(3): 177-186. |
[4] | 文贤馗, 李翔, 邓彤天, 钟晶亮, 王锁斌, 刘石. 先进压缩空气储能系统的余热回收和利用[J]. 中国电力, 2022, 55(2): 28-34. |
[5] | 申屠刚, 吴正骅, 王思家, 吴翔宇. 含光伏电站的电力系统低频振荡广域阻尼协同控制方法[J]. 中国电力, 2022, 55(12): 69-77. |
[6] | 方日升, 林耀东, 江伟, 黄霆, 徐振华, 吴丹岳, 陈志, 苏毅, 林济铿. 调速侧电力系统稳定器优化设计方法[J]. 中国电力, 2021, 54(9): 74-82. |
[7] | 张帆, 高本锋, 李铁成. 基于SVG的光伏并网SSO附加阻尼抑制策略[J]. 中国电力, 2021, 54(12): 11-19,44. |
[8] | 方日升, 林耀东, 徐振华, 黄霆, 黄道姗, 江伟, 林济铿, 张健. 基于录波曲线的电力系统低频振荡事故原因分析与抑制策略[J]. 中国电力, 2021, 54(11): 104-114. |
[9] | 张义, 胡正阳, 彭佩佩, 陈宁, 唐冰婕, 高丙团. 基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略[J]. 中国电力, 2021, 54(10): 217-222. |
[10] | 张宝, 丁阳俊, 顾正皓, 应光耀, 樊印龙. 基于抑制电力系统低频振荡的火电机组控制方式优化[J]. 中国电力, 2020, 53(2): 137-141,149. |
[11] | 万忠海, 陈文, 蔡文, 鲁锦, 晏涛. DEH系统调节阀重叠度辨识及规范化整定方法[J]. 中国电力, 2020, 53(2): 156-163. |
[12] | 杨蕾, 甘维公, 李胜男, 周鑫, 和鹏, 何鑫, 张杰, 王德林. DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法[J]. 中国电力, 2020, 53(11): 175-184,201. |
[13] | 徐星, 谭锐, 李永生, 蔡培, 黄启龙, 马晓峰. 1 000 MW超超临界二次再热机组一次调频方式分析[J]. 中国电力, 2018, 51(2): 169-175. |
[14] | 于淼, 路昊阳. 基于ε—权衡“阻尼—时滞”电力系统广域阻尼控制[J]. 中国电力, 2018, 51(12): 80-87. |
[15] | 卢岑岑, 吴跨宇, 吴龙, 韩兵, 沈轶君, 陆海清. 一种具有相位自适应能力的新型PSS及其仿真[J]. 中国电力, 2017, 50(9): 77-83. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||