温控负荷对电力系统低频振荡的影响
温控负荷提供电力系统辅助服务的关键技术综述
温控负荷提供电力系统辅助服务的关键技术综述
姜婷玉;李亚平;江叶峰;周海强;鞠平
【期刊名称】《电力系统自动化》
【年(卷),期】2022(46)11
【摘要】温控负荷能够向电力系统提供多种辅助服务,在提高系统稳定运行能力的同时减少碳排放量,因而已成为国内外研究的关注热点。
文中结合国内外研究成果,
从参与机制、聚合模型、响应特性、终端层控制方法及架构、电网层控制策略5
个方面对温控负荷提供电力系统辅助服务的关键技术进行综述。
温控负荷的响应特性和终端层控制方法是构建和落实温控负荷多种控制策略的基础。
文中以响应潜力、响应速度以及调控时间尺度为视角对温控负荷的响应特性进行分析,着重从控制与
优化的角度对电网调度中的温控负荷控制策略进行分类与介绍。
最后,结合“双碳”发展目标对温控负荷进一步的研究方向进行了展望。
【总页数】17页(P191-207)
【作者】姜婷玉;李亚平;江叶峰;周海强;鞠平
【作者单位】河海大学能源与电气学院;中国电力科学研究院有限公司(南京);国网
江苏省电力有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.电力系统备用辅助服务及定价问题研究综述
2.温控负荷对电力系统低频振荡的影响
3.基于电动汽车与温控负荷的电力系统协同频率控制策略
4.电力需求侧温控负荷集群的聚合辅助服务
5.小型温控负荷参与电网灵活互动的发展路径及关键技术
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电力系统低频振荡的原因及抑制方法分析
电力系统低频振荡的原因及抑制方法分析电力系统低频振荡的原因及抑制方法分析随着电力系统低频振荡对系统稳定性危害的逐渐显现，对系统低频振荡的分析越来越受到关注，本文分析了系统低频振荡产生的原因，比拟了常见的抑制低频振荡的措施，比照了优缺点，对柔性交流输电系统技术在抑制低频振荡中的应用进行展望。
【关键词】低频振荡抑制措施电力系统电力系统联网开展初期，发电厂同步发电机联系较为紧密，阻尼绕组会产生足够大的阻尼，抑制振荡开展，低频振荡在那时少有产生。
随着电网规模互联的不断扩大，出现了大型电力系统之间的互联，电力系统联系因而变得越来越密切，世界许多地区电网都发现了0.2Hz至2.5Hz范围内的低频振荡，低频振荡问题逐渐受到业内关注。
电力系统低频振荡一旦发生，如果没有及时抑制，将会导致电网不稳定乃至解列，严重威胁电力系统的稳定平安运行，甚至诱发联锁事故，造成严重后果。
1 低频振荡产生的原因1.1 负阻尼导致低频振荡有文献记载了运用阻尼转矩的方法，针对单机无穷大系统分析低频振荡的原因，最主要的原因是系统中产生负阻尼因素，从而抵消系统自有的正阻尼性，导致系统的总阻尼很小甚至为负值。
如果系统阻尼很小，在受到扰动后，系统中功率振荡始终难以平息，就会造成等幅或减幅的低频振荡。
如果系统阻尼为负值，在受到扰动后，低频振荡会不断积累增加，影响系统稳定。
1.2 发电机电磁惯性导致低频振荡电力系统中励磁控制是通过调整励磁电压来改变励磁电流，从而到达调整发电机运行工况的目的。
控制励磁电流就是在调整气隙合成磁场，它使得发电机机端的电压调整为所需值，同时也调整了电磁转矩。
故改变励磁电流大小便可以调整电磁转矩和机端电压。
在励磁自动控制时，因发电机励磁绕组有电感，励磁电流比励磁电压滞后，故会产生一个滞后的控制，滞后的控制在一定因素下会引起系统低频振荡。
1.3 电力系统非线性奇异现象导致低频振荡依据小扰动分析法，系统的特征根中有一个零根或一对虚根时，系统处在稳定边界；系统的特征根都为负实部时，系统处于稳定的；系统特征根中有一对正实部的复数或一个正实数时，系统处于不稳定。
电力系统低频振荡
电力系统低频振荡
是指电力系统中出现的周期为数秒到几十秒不等的周期性波动，其频率通常在0.1到1Hz之间。
这种现象通常被认为是由于电力
系统的不稳定性造成的，严重影响了电力系统的运行和稳定性。
首先，低频振荡的出现是由于电力系统中存在着多种不稳定因素。
例如，电力系统中的发电机、输电线路、变电站等设施都可
能会因为负载变化、故障等因素而引起不稳定性，从而导致低频
振荡的出现。
此外，电力系统中的负载、非线性负荷等因素也可
能对系统的稳定性造成影响，从而使低频振荡频繁出现。
其次，低频振荡的出现会严重影响电力系统的稳定性和运行。
低频振荡得以存在，可能会引起许多问题，如对发电机的运行造
成较大的损害、使电力系统的传输和分配受到限制等。
此外，低
频振荡还可能引起系统的崩溃和停电，给用户和生产带来极大的
影响。
因此，为了解决问题，需要采取一系列措施。
首先，应该加强
对电力系统的监测和预警，及时发现问题并采取应对措施。
其次，应该加强对电力系统的调控和优化，通过优化负载分配、提高发
电机和输电线路的质量等方式来提升系统的稳定性。
此外，还应
该加强对电力系统的维护和管理，定期检查设备，及时处理故障，防止故障扩大影响。
总之，低频振荡是电力系统面临的一个重大问题，需要全面、
科学、合理地进行管理和维护。
只有这样，才能保障电力系统的
稳定运行，为社会的发展和进步做出贡献。
电力系统中的低频振荡特性研究方法研究
电力系统中的低频振荡特性研究方法研究电力系统是现代社会运转的核心基础设施之一，它的稳定性和可靠性对于保障国家经济的正常运行至关重要。
然而，电力系统中存在一些不稳定性问题，例如低频振荡，会给电力系统带来一系列的负面影响，如电力设备的损坏、系统能量损耗的增加、供电可靠性下降等。
因此，对电力系统中的低频振荡特性进行科学研究和分析具有重要意义。
低频振荡是指电力系统中频率较低的振荡现象。
当电力系统中存在负荷变化、电力负载突变或线路短路等情况时，系统的频率可能会发生变化，从而引发低频振荡。
低频振荡会导致系统频率的不稳定、电压波动以及功率损耗的增加，严重时甚至会导致系统崩溃。
在研究电力系统中的低频振荡特性时，需要采用一系列科学的研究方法。
首先，我们可以利用仿真模型对电力系统中的低频振荡特性进行分析。
利用计算机软件建立电力系统的仿真模型，并根据实际情况设定系统参数，模拟系统运行过程中的低频振荡情况。
通过分析仿真结果，我们可以深入了解低频振荡产生的原因和机理，以及振荡在系统中的传播规律。
其次，我们可以采用实验方法来研究电力系统中的低频振荡特性。
例如，可以建立实验测量系统，通过监测电力系统中的频率和电压波动等参数的变化，来验证低频振荡的存在并分析其特性。
同时，可以通过实验调整系统的负荷和发电功率等，观察低频振荡的响应情况，揭示其对系统稳定性的影响。
另外，现在还有一些先进的监测装置和算法可以用于电力系统中低频振荡特性的研究。
例如，广泛应用于电力系统的智能传感器网络，可以实时监测系统中的频率、电压、电流等参数，并进行数据采集和分析。
利用这些数据，可以通过数据挖掘和机器学习等方法，深入挖掘低频振荡的形成机制，提高系统的抗振能力。
此外，经验法也是研究电力系统中低频振荡特性的一种重要方法。
通过对历史上发生的低频振荡事件进行分析和总结，总结出一些规律和经验，可以为今后防范低频振荡提供指导。
例如，根据过去低频振荡事件的特征和表现，可以建立一些预警指标和故障诊断模型，及时预测和识别低频振荡的发生。
负荷特性对电力系统低频振荡的影响
２ ０１ ３． １ ５
负荷特性对 电力系统低频振荡 的影 响
张 祥 ，裴坤远 ，邱 鹏
（ 河海大学能源与电气学院， 南京 市，２ １ ０ ０ ９ ８ ）
摘要 ： 负荷作为 电力 系统的重要组成部分 ， 其特性对互联 电网低频振荡具有重要 的影响。 本文在研 究了电力系统低频振 荡基
本分析方法和 电力 负荷基 本特性 的基础上， 建立 了考 虑动态负荷特性 的用于研 究低频振 荡的电力系统线性化模型， 形成 多机
０ 引 言
随着 电网规模 的扩大和 区域 电网之 间的互 联， 电力系 统的 低频 振 荡 问题越 来越 突 出。 低频 振荡 作为 一种 机 电振 荡， 表现 为 电力 系统 受到 扰动 后 由于 阻尼不 足 引起发 电机 转 子 间的持 续相 对摇摆 ， 母 线 电压幅值 、 相 角和联 络线功 率随之 波动 。 以往 电力 系统低 频振 荡研 究主要集 中于发 电机侧 的分析 与控制 。 负 荷作 为 电力 系统 的主 要组 成 元件 ， 是 低频 振荡 的重 要参 与 者， 其特 性对 电力系 统的低频 振荡 等动态 性能有着 重要 的影响 。 比 较典 型 的如 １ ９ ９ ６年 ８月 ｌ ０日美 国 Ｗ Ｓ Ｃ Ｃ电网发生 的大停 电事 故， 事 后分析认 为导 致系统 最终 失稳 的根 本原 因是区域 间的低 频振 荡 ， 系统 发生线 路和机 组掉 闸后 形成 的网架 结构本 身就存 在０ ． ２ ８ Ｈ ｚ的负 阻尼振 荡模 式 。Ｗ Ｓ Ｃ Ｃ对“ ８ ． １ ０ ” 事 故 的仿真 ， 一 １ 负荷模型 开 始 电力 负荷采 用 静态 模型 ， 仿真 结果 是稳 定 的， 不能 再现 事 １ ． １ 静态负荷模 型 故 时 出现 的增 幅振 荡 ， 而 后通 过修 改 电力系 统模 型和 参数 ， 特 由于低频振 荡是在 小干 扰稳 定范 围， 所 以分析 负荷 的静态 别是将 电力 负荷 采用 电动机 加静态 负荷 ， 才 能够 仿真 再现事 故 特 性。 负荷 静态 特性 反映 了负荷有 功 、 无 功 随频率 和 电压 缓慢 时的增 幅振荡 。 可 见 电力 负荷特 别是动态 负荷特 性对 互联 电网 变化 的规律 ， 可用代数方程 或 曲线表 示。 低频 振荡存在 重要 的影 响 。
电力系统中低频振荡的稳定性分析
电力系统中低频振荡的稳定性分析引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，它的稳定性对于保障供电的可靠性至关重要。
然而，电力系统中常常会出现一些稳定性问题，其中低频振荡是一个常见的现象。
本文将就电力系统中低频振荡的稳定性进行深入的分析。
一、低频振荡的概念在电力系统中，低频振荡指的是频率较低的振荡现象。
通常，频率低于2Hz的振荡被认为是低频振荡。
低频振荡会对电力系统的稳定性产生一定的影响，因此需要进行分析和控制。
二、低频振荡的原因低频振荡通常是由于电力系统中的系统参数失稳或失控所导致的。
下面列举了几个常见的低频振荡原因。
1. 功率系统失稳：当电力系统中的负载功率发生突变时，系统可能会出现低频振荡。
这是因为负载功率的突变会导致系统频率和功角的变化，从而引起系统的不稳定性。
2. 电力系统设备故障：电力系统中的设备故障也可能引发低频振荡。
例如，变压器的短路故障、发电机的失速等都可能导致低频振荡的发生。
3. 控制系统失效：电力系统中的控制系统对于稳定性起着至关重要的作用。
当控制系统失效时，可能会引发低频振荡。
例如，自动电压调节器（AVR）失效、励磁系统故障等都可能导致低频振荡的出现。
三、低频振荡的影响低频振荡对电力系统的影响主要表现在以下几个方面。
1. 频率稳定性影响：低频振荡会导致电力系统中的频率波动，从而影响到电力负荷的正常运行。
如果频率波动过大，可能会导致负载设备的故障甚至损坏。
2. 功率稳定性影响：低频振荡也会引起电力系统中的功率波动，导致电力传输的不稳定性。
这会降低电力系统的传输效率，并可能引发更大范围的电力系统失稳。
3. 控制系统失效：低频振荡如果长时间持续，可能会导致电力系统中的控制系统失效。
这将进一步加剧低频振荡和整个系统的不稳定性。
四、低频振荡的稳定性分析方法为了保证电力系统的稳定性，我们需要对低频振荡进行稳定性分析。
下面介绍几种常用的稳定性分析方法。
1. 功率-角稳定性分析：这种方法通过分析电力系统中发电机的功率-角特性曲线，来判断系统是否存在低频振荡的风险。
电力系统中的低频振荡与稳定性分析研究
电力系统中的低频振荡与稳定性分析研究随着电力系统的规模不断扩大和复杂度的增加，低频振荡和稳定性问题成为了电力系统运行中需要重点关注和解决的难题。
低频振荡是指在电力系统中出现的频率较低的振荡现象，其频率通常在0.1-10赫兹之间。
这种振荡会导致电力系统的不稳定，甚至引发系统失稳和崩溃，对电网的安全稳定运行带来严重威胁。
因此，对低频振荡与稳定性进行深入研究具有重要意义。
低频振荡与稳定性分析是电力系统运行与控制的重要组成部分之一。
分析低频振荡与稳定性的目的在于识别潜在的问题，并提出相应的解决方案来保障电力系统的安全稳定运行。
为了进行低频振荡与稳定性分析研究，我们需要对电力系统的各个方面进行综合考虑。
首先，电力系统的结构与拓扑对于低频振荡与稳定性具有重要影响。
传输线路的长度和参数、发电机的输出特性、负荷的特性以及变压器的耦合等都会影响系统的振荡特性。
因此，在低频振荡与稳定性分析中，需要对电力系统的结构与拓扑进行详细的研究和建模。
通过建立合适的数学模型，可以更好地理解电力系统的振荡机制，并确定系统中可能存在的潜在问题。
其次，电力系统的控制与保护也是低频振荡与稳定性分析的重要因素。
控制系统的设计和设置直接影响着系统的稳定性。
传统的自动稳定控制器可以通过控制发电机的励磁和调节机组的输出来抑制低频振荡。
此外，快速保护装置和过电压保护装置的动作也可能引起低频振荡。
因此，需要对电力系统的控制和保护系统进行全面的分析和评估，以保证系统的稳定性。
另外，低频振荡与稳定性分析还需要考虑负荷特性、电力市场以及电力系统与其他能源系统的耦合等因素。
负荷特性的变化会引起系统的频率变化，而电力市场的竞争与供需平衡也会对系统的稳定性产生重要影响。
此外，电力系统与其他能源系统（如风能、太阳能等）的混合接入，也给低频振荡与稳定性分析带来了新的挑战。
为了对低频振荡与稳定性进行分析和研究，研究人员通常采用数学模型和仿真工具。
其中，常用的数学模型包括传输线路模型、发电机模型、负荷模型等。
负荷的频率调节效应系数
负荷的频率调节效应系数负荷的频率调节效应系数是指负荷对电力系统频率变化的影响程度。
在电力系统运行中，频率的稳定性是非常重要的，频率的波动可能会导致系统的不稳定，甚至引发系统崩溃。
因此，了解和控制负荷对频率的调节效应是确保电力系统安全稳定运行的关键之一。
首先，让我们先来了解一下负荷对频率调节的基本原理。
负荷是系统中各种电气设备的总和，包括家庭、商业和工业用电。
当电力供给不足时，负荷会对频率产生积极的调节效应，即吸收更多的电能，从而提高频率；相反，当电力供给过剩时，负荷会对频率产生反调节效应，减少电能吸收，导致频率下降。
在实际运行中，负荷的频率调节效应系数是一个重要的评价指标。
该系数是一个无量纲数值，用来衡量负荷对频率的敏感性。
系数越大，说明负荷对频率调节的影响越明显；系数越小，说明负荷对频率的调节效应越弱。
有几个因素会影响负荷的频率调节效应系数。
首先是负荷的类型和规模。
不同类型的负荷对频率调节的影响不同，如工业电炉负荷对频率的调节效应较强，而家庭用电负荷对频率的调节效应较弱。
此外，负荷的规模也会影响其频率调节效应系数，一般来说，负荷规模越大，其对频率的调节影响越明显。
其次是电力系统的稳定性和调节控制能力。
一个稳定的电力系统能够更好地控制频率的波动，并降低负荷对频率的调节效应。
同时，良好的调节控制系统可以通过控制负荷的启停或功率调节，来减小频率的波动。
此外，负荷的分布和特性也会对其频率调节效应系数产生影响。
如果负荷分布均匀，频率波动会更加稳定；如果负荷特性相似，频率调节效应系数也会更加一致。
最后，为了提高电力系统的稳定性，可以采取一些措施来调节负荷的频率调节效应。
一种常见的方法是通过建立合理的负荷预测模型，来预测负荷的变化趋势，从而实现对负荷的有效调控。
另外，通过加强对负荷的管理和监控，可以实时了解负荷情况，及时采取措施来平衡供需，从而减小频率的波动。
总之，负荷的频率调节效应系数是衡量负荷对频率调节影响的重要指标。
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李 欣 然 （９ ７） 男 ， 南 籍 ， 授 ／ 导 ， 士 ， 究 方 向为 电力 系 统 负 荷 建 模 、 １５ ． ， 湖 教 博 博 研 电力 系统 分 析 与 控 制 。
关键词 ：温控 负荷 ；小干扰 稳 定分析 ； 频振 荡 ；Ｐ Ａ 低 ＳＴ
中 图分 类 号 ： Ｍ７ Ｔ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３７ （ ０ ３ ０ －０ ８０ １０ —０ ６ ２ １ ）２０ ５ ． ５
１ 引 言
随着 电力 系统 的 发展 ， 干 扰 稳定 问题 成 为 电 小 网安全 稳定 运行 的一 大 威 胁 ， 由小 干扰 稳 定 性 较弱 引起 的低频 振荡 问题也 日益 突 出。在 电力系统 稳定 分析 计算 中 ， 负荷 动 态 特性 对 系 统 小 于扰 稳 定 影 响 很大 ” 。 。而 我 国各 电 网在 稳 定 计 算所 采 用 的 负 荷 模 型多为 电动 机 负 荷 与 静 态 负 荷 模 型 未 考 虑 温 控 负荷 。温控 负荷是 一种 以恒温 控制 加热器 控 制的 负荷 ， 国内外许多 工业 、 商业 和居 民生 活负荷 具有 这 类负 荷特性 ， 如 ： 间加 热 器 、 例 空 电热 水 器 、 烤箱 ， 电 其加 热状态 具有 周期 性 ， 在寒 冷 季 节 这类 负 荷 特 性 能 占到 系统 负 荷 的 ２ ％ ～３ ％ 。因 此 有 必 要 分 ０ ０ 析其 负荷 特性对 系统 小 于扰稳定 性 的影 响 。
第 ２期
徐 长鸿 ， ：温控 负荷对 电力系 统低频 振荡 的影 响 等
５ ９
行工 况 下系统 小 干扰 稳 定 情 况 ， 本文 用 温 控 负荷 比 例 系数 （ ０ １表 示 温控 负 荷 占 １ ％ ） 模 拟温 Ｋ＝ ． ０ 来
：
影 响规律 。对 于 电力 系统 规划 调度部 门根据实 际情 况 采用 真实反 映 电力 系统 负荷 特性 的负 荷模 型和参
数 具有借 鉴 意义 。
比例 控 制器 增 益 ； 积 分 控 制器 增 益 ； ； Ｋ： Ｔ：
２ 温 控 负荷 模 型
本 文 采 用 的 温控 负 荷 模 型 为 Ｅ ＭＳ 给 出 的 Ｔ Ｐ
温控 负荷实 际模 型 ， 其加 热设 备 的动态方 程如 下 ：
ｄ Ｔ
＿
ｄ Ｐ‘ ｔ ‘ Ｈ—Ｐ
：
（） １
其中， 为加 热 区域温 度 ； 尸 为加 热器 的功 率 ， ＝ Ｐ Ｋ Ｇ， Ｇ为负 荷 电导 ； ｌ ２； Ｐ 为散 播 到周 围环境 的热损 耗 ， ＝Ｋ （ ）； Ｐ Ｔ— Ｔ 为环境 温度 ； Ｐ 与 Ｐ 代 把
４机 ２区域 系 统 为算 例 ， 析 了温 控 负荷 及 其 参 数 分 对 系统小 干扰低 频 振 荡 和 阻尼 的 影 响 ， 出 了一 定 得
鲁＝ 耐 ＴＴ 一／ ）ｉ
Ｇ ＝Ｋ （ ｒ —Ｔ Ｔｆ ）＋
Ｐ ： Ｇｌ ／ ２
（ ３ ）
温控 负 荷 模 型 是 将 加 热 区域 温 度 与 参 考 温 度 相 比较 ， 其误 差信号 通过 比例 积分控制 器来 控 制 负荷 电导 ， 其模 型可 以表示 为 图 １ 。
入式 （ ） 得 ： １可
：
Ｋ ｎ
一Ｋ （ Ａ
Ａ ）
（） ２
将温 控负荷 时 间常数 Ｔ 。＝Ｋ Ｋ 代 入经 整理可 ／
得恒 温控 制负荷 模 型的微 分方程 组 ：
ｄ Ｔ
＝
（ Ａ一 ＋Ｋ Ｐ ／ ｌ）Ｔ
本文 在分 析恒温 控制 器动 态方程 的基 础上 建立
了用 于小 于扰 稳定分 析 的动态 温控 负荷模 型 。并 以
基 金 项 目 、 南 省 自然科 学 基 金 （０Ｊ０３ 、 国博 士后 科 学 基金 （００ ４ １１ ） 助 项 目 ５ ９７２ ）湖 １Ｊ９２ ） 中 ２ １０ ７２ １ 资
作 者 简 介 ：徐 长 鸿 （９ ６） 男 ， 南 籍 ， 士 研 究 生 ， 事 电力 系统 分 析 、 １８ ． ， 湖 硕 从 电力 系统 负 荷 建 模 方 面 的研 究 ；
本文 建立 了用 于小干扰 稳定 分析 的温控 负荷 的数 学模 型 ， 以一 个 ４机 ２区域 的 典型 系统 为算 例在
Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ电力 系统分析 工具 箱（ Ｓ Ｔ 中对 温控 负荷 接入 电力 系统后 对 系统 低 频振 荡的影 响 进行 ＰＡ ） 了仿 真分析 ， 究 了温控 负荷 所 占比例及 其 负荷 参 数对 系统低 频振 荡和 阻尼 的影响 。 研
第３ ２卷 第 ２期
２１ ０ ３年 ４月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｅ ｇ
Ｖｏ ． ２． Ｎｏ ２ １３ ． Ａｐ ．２０１ ｒ ３
收 稿 日期 ：２ １ 一Ｉ ２ ０ １Ｉ － ０
积分控 制器 时间 常数 ；ｒ： Ｔ ，参考 温 度 ； ： ｏ Ｔ 加热 区域 温
度 ； 环 境温度 ； 负荷 时 间常数 ； 与负荷 模型 Ｔ： Ｔ： Ｋ：
有关 的增益 ； 。 电导 Ｇ的初 值 ； … 为 Ｇ的最 大值 。 Ｇ： Ｇ
温控 负荷 对 电力 系统 低 频 振 荡 的影 响
徐 长 鸿 ，李培 强 ，李 欣 然 ，徐 振 华 ，潘 远
（ 南大 学电气与信 息 工程 学院 ，湖 南 长 沙 ４ ０ ８ ） 湖 １０ ２ 摘 要 ：温控 负荷 是 电力 系统最 为重要 的 负荷 类型之 一 ， 它对 电力 系统 的低 频振 荡具有 重要 的 影 响。