论文总字数：38768字

摘 要

论文题名：动态需求响应在电力系统频率控制中的研究

学生姓名：丁哲通

导师姓名：张凯锋 教授

学校名称：东南大学

随着新能源的大规模接入和特高压交直流的建设，电网大功率波动问题显得尤为突出，电网频率也随之发生较大波动，传统依靠发电侧调节的手段难以满足电网调度运行要求，需要辅以负荷侧调节控制手段。传统的需求响应一般用于改善电网稳态能量/功率平衡，缺乏对电网短期调频的支撑。近年来随着需求侧资源的不断发展，需求响应可以为电网频率控制做出贡献，因此本文针对这类资源明确了动态需求响应的概念和作用范围，认为动态需求响应可以在电力系统频率控制中做出贡献。主要研究内容与成果有：

1. 分析整理了发电侧资源和传统需求响应资源参与电力系统频率控制的机理。
2. 明确界定了动态需求响应的概念,建立了动态需求响应参与电力系统频率控制的模型，并分析了动态需求响应与系统稳态误差之间的关系。
3. 考虑实际工程中需求侧资源的超离散特性，设计了多状态分级式分散型动态需求响应控制策略，并给出了电网频率状况和成本的评定标准。
4. 搭建了基于LFC模型的单区域和标准10机39节点电力系统，分析对比了传统控制策略应用于动态需求响应资源的控制效果，并仿真实现了本文设计的控制策略，仿真分析表明：动态需求响应可以改善电网频率动态过程品质。

关键词：需求响应，动态需求响应，频率控制，LFC模型

Abstract

Title: Research on Dynamic Demand Response participating in Frequency Control of Power System

Master candidate: Ding Zhetong

Supervisor: Prof. Prof. Zhang Kaifeng

Organization: Southeast University

With the extensive access of new energy resources and the construction of UHVAC/DC, the issue of high frequency fluctuations which arise with power fluctuations in power grid is prominent particularly. Traditionally, it is essential to meet the grid dispatching requirements by demand-side adjustment assist generation-side adjustment rather than each of single. It is common that utilizing the conventional demand response could improve the steady-state energy/power balance of the power grid. However, little works have been supported on the frequency dynamic process quality of the power grid. In recent years, demand response, with the rapidly development of demand–side resources, can contribute to grid frequency control. Therefore, this paper extends the scope of the demand response and clarifies the connotation of the dynamic demand response which can contribute to enhancing the dynamic quality of the power grid. The main research content and results are as follows:

1. The mechanism of power generation-side resources and traditional demand response resources participating in power system frequency control are analyzed.

2. The concept of dynamic demand response is clearly defined, and a model of dynamic demand response participation in power system frequency control is established. Then the relationship between dynamic demand response and system steady-state error is analyzed.

3. Considering the ultra-discrete characteristic of demand-side resources in actual projects, a multi-state hierarchical decentralized dynamic demand response control strategy is designed, and the evaluation criteria of grid frequency status and costs are given.

4. A single-area based on LFC model and a standard 10-machine 39-node power system are built. The control effect of traditional control strategies which applied to dynamic demand response resources are analyzed and compared. And the control strategy designed in this paper was simulated and implemented. Simulation analysis showed that: Demand response can improve the dynamic process quality of the grid frequency.

KEY WORDS: demand response (DR), dynamic demand response (DDR), frequency control, load frequency control (LFC) model

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 发电侧参与电力系统频率控制的调节方案和发展现状 2

1.2.2 需求响应的发展趋势 2

1.2.3 动态需求响应参与电力系统频率控制现状 3

1.3 本文主要工作及内容安排 4

第二章 传统电力系统频率控制简介 6

2.1 电力系统频率特性简介 6

2.2 电力系统发电侧调频手段简介 7

2.2.1 一次调频 7

2.2.2 二次调频 8

2.3 含传统需求响应的电力系统调频机理分析 9

2.3.1 传统需求响应概念及其局限性 9

2.3.2 传统调频资源参与电力系统调频的对比 10

2.4 本章小结 11

第三章 动态需求响应设想及可行性分析 12

3.1 动态需求响应概念 12

3.2 含动态需求响应的电力系统频率控制机理分析 14

3.2.1 动态需求响应参与电力系统频率控制模型 14

3.2.2 动态需求响应参与电力系统频率控制机理分析 16

3.3 含动态需求响应的电力系统频率控制可行性分析 18

3.4 本章小结 19

第四章 动态需求响应频率控制策略设计 20

4.1 动态需求响应频率控制策略 20

4.1.1 计及资源超离散特性的分散型动态需求响应频率控制策略 20

4.1.2 控制器层控制逻辑设计 21

4.1.3 基于先验知识的电网状况及成本评估 25

4.2 单区域简化系统下的算例分析 26

4.2.1 单区域简化系统模型 26

4.2.2 仿真结果及分析 26

4.3 10机39节点系统下的算例分析 28

4.3.1 10机39节点电力系统模型简述 28

4.3.2 传统控制策略调频效果比较 30

4.3.3 动态需求响应频率控制策略仿真实现及分析 32

4.4 本章小结 35

第五章 总结与展望 36

5.1 工作总结 36

5.1.1 参与课题及学术论文 36

5.1.2 本文工作总结 36

5.2 进一步展望 37

致 谢 38

参考文献 39

绪论

选题背景及意义

我国电网规模庞大，结构复杂，其在运行过程中经受各种各样的扰动是不可避免的。在发生扰动后，要尽可能地不停电，并且保证电网频率的最大偏差要尽可能小，偏差持续时间尽可能短，这些电网频率动态过程品质是衡量电网可靠性和保证电网运行质量的重要指标。

近年来，以“智能电网”^[1]为代表的新技术已经极大地提高了电网的运行水平。不过同时，随着新能源大规模并网、电力电子设备的大量使用和特高压交直流互联^[2]-[3]，也给电网的运行带来了一些不利影响。特别是在一定程度上恶化了电网的频率动态过程品质，例如：2015年华东“锦苏”特高压直流双极闭锁，使得华东电网频率短时间内下降到49.56Hz，为近十年来首次跌破49.8Hz^[4]，对电网造成了极为不利的影响。

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