论文总字数：31032字

摘 要

与传统采用发电侧资源调节电力系统有功功率平衡的方式相比，负荷侧资源因其具有快速、灵活，成本低和适用于短时间、大容量功率缺失的特征而逐渐应用于电网的频率控制当中。近年来，相关研究表明可将动态需求响应（Dynamic Demand Response，DDR）的资源作为调频资源参与电力系统的频率控制，进一步改善电网的动态过程品质。但动态需求响应资源的响应和控制特性与常规发电侧调频资源有较大差异，多种调频资源缺乏协调会导致产生无效调节甚至反向调节。因此本文针对此类资源与传统调频资源的协同策略进行了研究，认为在适当的策略调控下，发用电侧的资源可以对电力系统频率实现更好的调控。主要研究内容与成果有：

1. 整理了现有的电力系统频率控制方法。包括传统发电侧的调频手段（一次调频与二次调频）和负荷侧的调频手段（拉闸限电、需求响应以及精准切负荷）。
2. 指出了发用电协同频控策略的必要性，并做出了频率控制机理和可行性的分析。
3. 基于动态需求响应资源的撤出策略，并针对动态需求响应资源撤出时的扰动进行了基于前馈控制的协同策略设计。策略设计的重点在于确定前馈时刻和前馈量。
4. 搭建了基于传递函数的负荷频率控制（LFC）模型和标准10机39节点电力系统，并仿真实现了本文设计的控制策略，仿真分析表明：前馈控制的方法可以削减甚至消除动态需求响应资源撤出的扰动，发用电两侧资源进行协同频控可以取得很好的控制效果。

关键词：动态需求响应（DDR），负荷资源特性，发用电协同控制，前馈控制，负荷频率控制（LFC）模型

Abstract

Compared with the traditional way of regulating active power balance in power system with generation-side resources, load-side resources are gradually applied in frequency control of power grid because of their characteristics of fast, flexible, low cost and suitable for short-time and large-capacity power loss. In recent years, relevant studies have shown that dynamic demand response (DDR) resources can be used as FM resources to participate in frequency control of power system, and further improve the dynamic process quality of power grid. but the response and control characteristics of DDR resources are quite different from those of conventional generation-side FM resources. Lack of coordination of multiple FM resources can lead to ineffective regulation, or even worse, reverse regulation. Therefore, this paper studies the synergistic strategy between this kind of resources and traditional FM resources, and considers that under the appropriate strategy control, the frequency of power system can be better regulated. This paper mainly includes the following content：

1. The existing frequency control mechanism of power system is sorted out.
2. The necessity of cooperative frequency control strategy for power generation and utilization is pointed out, and its frequency control mechanism and feasibility are analyzed.
3. Based on the withdrawal strategy of dynamic demand response resources, a cooperative strategy based on feedforward control is designed for the disturbance of dynamic demand response resources withdrawal.
4. A single area and standard 10-machine 39-bus power system based on LFC model is built, and the control strategy designed in this paper is realized by simulation. The simulation results show that the feed-forward control method can reduce or even eliminate the disturbance of DDR resource withdrawal. Cooperative frequency control of resources on both sides of power generation and utilization can achieve good control effect.

KEY WORDS: dynamic demand response (DDR), Load resource characteristics, Cooperative Control of Power Generation and Utilization, feedforward 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研究现状 2

1.2.2 动态需求响应参与电力系统频率控制的研究现状 2

1.2.3 计及发用电协同的频率控制现状 4

1.3 本文主要工作及内容安排 5

第二章 电力系统频率控制模型及机理分析 7

2.1 电力系统的频率特性简介 7

2.2 电力系统发电侧调频机理 8

2.2.1 一次调频 8

2.2.2 二次调频 9

2.3 计及动态需求响应的电力系统调频机理 10

2.3.1 动态需求响应的概念及特点 10

2.3.2 动态需求响应参与电力系统频率控制的模型建立 11

2.3.3 DDR参与电力系统频率控制的机理分析 12

2.4 本章小结 14

第三章 基于前馈控制的发用电协同调频体系构建 15

3.1 基于前馈控制的发用电协同调频框架构想 15

3.1.1 动态需求响应参与电力系统频率控制的局限性 15

3.1.2 前馈控制的发用电协同调频的可行性分析 16

3.1.3 基于前馈控制的发用电协同调频框架 18

3.2 基于前馈控制的发用电协同调频机理分析 19

3.2.1 机理分析 19

3.2.2 基于前馈控制的发用电协同调频难点 20

3.3 本章小结 22

第四章 计及动态需求响应的发用电协同频率控制策略设计 23

4.1 基于前馈控制的发用电协同控制策略 23

4.1.1 前馈控制策略框架 23

4.1.2 计及动态需求响应动作时间的前馈补偿器响应时刻确定方法 24

4.1.3 计及动态需求响应动作量的前馈补偿器响应量确定方法 27

4.2 单区域简化系统下的仿真算例分析 28

4.2.1 单区域简化系统模型 28

4.2.2 仿真结果及分析 28

4.3 标准10机39节点系统下的仿真算例分析 29

4.3.1 标准10机39节点电力系统模型简述 29

4.3.2 基于前馈控制的发用电协同调频策略仿真实现及结果分析 32

4.3.3 前馈策略参数对调频效果的影响 33

4.4 本章小结 36

第五章 总结与展望 37

5.1 工作总结 37

5.2 进一步展望 37

参考文献 39

致 谢 42

绪论

选题背景及意义

电力系统频率是电力系统参数中的一个重要参数，频率的异常会给系统的安全稳定带来严重的后果。2006年7月1日，华中电网发生振荡事故，华中电网的频率最低下降至49.10Hz。2015年9月19日，“锦苏”特高压直流发生双极闭锁，全网频率最低跌至49.56Hz^[1]。在发生扰动后，电网要尽可能地不停电，同时尽可能缩短偏差持续时间，尽可能的减小主要状态量的最大偏差。

在传统意义上，电力系统的频率控制手段主要集中在发电侧，采用发电跟踪负荷的方式进行有功功率与频率的调控，由各发电机组根据频率信号进行响应。通常，电力系统的有功功率和频率调整可以分为一次、二次、三次调整。随着间歇性可再生能源发电的普及和输电能力的显著提高，电力系统面临着严重的短期（分钟甚至秒）电力短缺的危险，而传统发电侧的调节手段面对这种短期电力短缺有时并不能完全胜任，这种短期电力短缺可能会恶化为级联故障甚至大规模停电，给居民生活带来很大影响。因此，发掘更多负荷侧资源在频率调整方面的潜力显得尤为重要。

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