Auxiliary Frequency Regulation Control of Power System Considering Operational Reliability

Liang QI; Yue WANG

doi:10.7500/AEPS20210711004

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Auxiliary Frequency Regulation Control of Power System Considering Operational Reliability

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Auxiliary Frequency Regulation Control of Power System Considering Operational Reliability
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 8, Pages: 86-94(2022)
- 作者机构：
  
  中国农业大学信息与电气工程学院，北京市 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51977210)
- DOI：10.7500/AEPS20210711004
  CLC：
- Received：11 July 2021，
  
  Revised：2021-12-13，
  
  Published Online：24 February 2022，
  
  Published：25 April 2022
- 稿件说明：
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齐亮,王越.考虑运行可靠性的电力系统辅助调频控制[J].电力系统自动化,2022,46(8):86-94.

QI Liang,WANG Yue.Auxiliary Frequency Regulation Control of Power System Considering Operational Reliability[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):86-94.
齐亮,王越.考虑运行可靠性的电力系统辅助调频控制[J].电力系统自动化,2022,46(8):86-94. DOI： 10.7500/AEPS20210711004.

QI Liang,WANG Yue.Auxiliary Frequency Regulation Control of Power System Considering Operational Reliability[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):86-94. DOI： 10.7500/AEPS20210711004.

摘要

高渗透率可再生能源并网对电力系统调频提出了更高的要求。针对系统遭受较大的功率扰动时传统一、二次调频能力不足的问题，有必要利用运行可靠性提前释放系统对抗大功率扰动的能力。设计了基于期望缺供电量（EENS）这一运行可靠性指标的比例-积分（PI）控制环节，实现常规发电机组常态运行时有功出力的预防性调节。该PI控制环节以系统EENS最小值为控制参考量，通过反馈EENS的实时预测值，以两者偏差作为机组出力再分配的依据。提出基于Jury判据的PI控制器参数范围整定方法。通过仿真验证了所提控制环节的有效性和优越性。

Abstract

The grid-connected renewable energy with a high penetration rate puts forward higher requirements for the power system frequency regulation. In view of the problem that the traditional primary and secondary frequency regulation capabilities are insufficient when the system suffers from large power disturbances

it is necessary to use the operational reliability to release the system ability to resist large power disturbances in advance. Therefore

a proportional-integral (PI) control link based on the operational reliability index of expected energy not supplied (EENS) is designed to realize the preventive regulation of the active power output of conventional power generators during normal operation. The proposed PI control link takes the minimum EENS of the system as the control reference value and the real-time predicted value of EENS as the feedback

while uses the deviation between the two values as the basis to redistribute power outputs of units. A method for determining feasible parameter ranges of the PI controller based on the Jury criterion is proposed. The effectiveness and superiority of the proposed control link are verified by simulation.

关键词

Keywords

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孙华东，王宝财，李文锋，等 . 高比例电力电子电力系统频率响应的惯量体系研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5179 - 5192 .

SUN Huadong ， WANG Baocai ， LI Wenfeng ， et al . Research on inertia system of frequency response for power system with high penetration electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5179 - 5192 .

NERC Resources Subcommittee . Balancing and frequency control ［EB/OL］. ［ 2021-06-15 ］. https：//www.researchgate.net/publication/282980830_Balancing_and_Frequency_Control_A_Technical_Document_Prepared_by_the_NERC_Resources_Subcommittee https://www.researchgate.net/publication/282980830_Balancing_and_Frequency_Control_A_Technical_Document_Prepared_by_the_NERC_Resources_Subcommittee .

文云峰，杨伟峰，林晓煌 . 低惯量电力系统频率稳定分析与控制研究综述及展望［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 211 - 222 .

WEN Yunfeng ， YANG Weifeng ， LIN Xiaohuang . Review and prospect of frequency stability analysis and control of low-inertia power systems ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 211 - 222 .

GBADEGA P A ， SAHA A K . Load frequency control of a two-area power system with a stand-alone microgrid based on adaptive model predictive control ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 6 ）： 7253 - 7263 .

GHOLAMREZAIE V ， DOZEIN M G ， MONSEF H ， et al . An optimal frequency control method through a dynamic load frequency control （LFC） model incorporating wind farm ［J］. IEEE Systems Journal ， 2018 ， 12 （ 1 ）： 392 - 401 .

李少林，王伟胜，张兴，等 . 基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1658 - 1665 .

LI Shaolin ， WANG Weisheng ， ZHANG Xing ， et al . Fuzzy adaptive virtual inertia control strategy of wind turbines based on system frequency response interval division ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1658 - 1665 .

杨丽，孙元章，徐箭，等 . 基于在线强化学习的风电系统自适应负荷频率控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 74 - 83 .

YANG Li ， SUN Yuanzhang ， XU Jian ， et al . Adaptive load frequency control of wind power system based on online reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 74 - 83 .

颜湘武，孙雪薇，崔森，等 . 考虑系统频率连续波动与二次跌落的双馈风力发电机组虚拟惯量通用控制策略［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 11 ）： 247 - 254 .

YAN Xiangwu ， SUN Xuewei ， CUI Sen ， et al . Virtual inertia general control strategy of DFIG-based wind turbine considering continuous fluctuation of system frequency and second frequency drop ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 11 ）： 247 - 254 .

CHEN X S ， LIN J ， LIU F ， et al . Optimal control of AGC systems considering non-Gaussian wind power uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2730 - 2743 .

XU Y ， LI F X ， JIN Z Q ， et al . Dynamic gain-tuning control （DGTC） approach for AGC with effects of wind power ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 3339 - 3348 .

路小俊，伊建伟，李炎 . 基于多目标网格自适应搜索算法的储能系统参与AGC优化控制策略［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 6 ）： 2116 - 2124 .

LU Xiaojun ， YI Jianwei ， LI Yan . Optimal control strategy of AGC with participation of energy storage system based on multi-objective mesh adaptive direct search algorithm ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 2116 - 2124 .

SHARMA G ， PANWAR A ， ARYA Y ， et al . Integrating layered recurrent ANN with robust control strategy for diverse operating conditions of AGC of the power system ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 18 ）： 3886 - 3895 .

丁稳房，马艺菡，毛雨阳 . 基于时变预测优化PID的风电参与AGC方法［J］. 控制工程， 2020 ， 27 （ 11 ）： 1947 - 1955 .

DING Wenfang ， MA Yihan ， MAO Yuyang . Wind power participation in AGC based on time-varying predictive optimization PID ［J］. Control Engineering of China ， 2020 ， 27 （ 11 ）： 1947 - 1955 .

刘满君，程林，黄道姗，等 . 基于运行可靠性理论的高可靠性供电路径搜索方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 14 ）： 3004 - 3011 .

LIU Manjun ， CHENG Lin ， HUANG Daoshan ， et al . The high reliability supply path searching method based on the operational reliability theory ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 14 ）： 3004 - 3011 .

张璐，余顺江，王辰，等 . 计及VSC运行方式与故障恢复优化的交直流混合配电网可靠性评估［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 1 ）： 292 - 300 .

ZHANG Lu ， YU Shunjiang ， WANG Chen ， et al . Reliability evaluation of AC/DC hybrid distribution network considering VSC operation mode and fault recovery optimization ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 1 ）： 292 - 300 .

YE X H ， ZHONG W Z ， SONG X L ， et al . Power system risk assessment method based on dynamic power flow ［C］// 2016 International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems （PMAPS）， October 16-20 ， 2016 ， Beijing， China .

袁博，程林，陈亮，等 . 考虑元件运行可靠性的电网脆弱性评估方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2019 ， 31 （ 8 ）： 102 - 107 .

YUAN Bo ， CHENG Lin ， CHEN Liang ， et al . Evaluation method for power grid vulnerability considering operation reliability of components ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2019 ， 31 （ 8 ）： 102 - 107 .

WANG Y . An adaptive importance sampling method for spinning reserve risk evaluation of generating systems incorporating virtual power plants ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 5082 - 5091 .

WANG Y . Risk assessment of stochastic spinning reserve of a wind-integrated multi-state generating system based on a cross-entropy method ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2017 ， 11 （ 2 ）： 330 - 338 .

NAZMUL HUDA A S ， ŽIVANOVIC R . Estimation of distribution systems expected energy not supplied index by multi-level Monte Carlo method ［J］. Electric Power Components and Systems ， 2019 ， 47 （ 9/10 ）： 810 - 822 .

程林，何剑 . 电力系统可靠性原理和应用［M］. 2版 . 北京：清华大学出版社， 2015 .

CHENG Lin ， HE Jian . Principles and applications of power system reliability ［M］. 2nd ed . Beijing ： Tsinghua University Press ， 2015 .

郭丽娟，陶松梅，张炜 . 兼顾供电可靠性和LCC的变电站主设备检修策略优化方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 15 ）： 99 - 105 .

GUO Lijuan ， TAO Songmei ， ZHANG Wei . Maintenance strategy optimization for main equipment in substations considering both power supply reliability and life cycle cost ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 15 ）： 99 - 105 .

SINGH C ， BILLINTON R . A frequency and duration approach to short term reliability evaluation ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1973 ， 92 （ 6 ）： 2073 - 2083 .

WANG Y ， CHEN L ， YAO M ， et al . Evaluating weather influences on transmission line failure rate based on scarce fault records via a bi-layer clustering technique ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2019 ， 13 （ 23 ）： 5305 - 5312 .

WANG S X ， ZHANG X Y ， LIU L Y . Multiple stochastic correlations modeling for microgrid reliability and economic evaluation using pair-Copula function ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2016 ， 76 ： 44 - 52 .

BUCZ Š ， KOZÁKOVÁ A . Advanced methods of PID controller tuning for specified performance ［M］// PID control for industrial processes . New York， USA ： Springer ， 2018 .

郝伟娜，章明明，朱学忠 . 基于系统辨识的开关磁阻电机PI参数整定［J］. 微电机， 2010 ， 43 （ 9 ）： 74 - 76 .

HAO Weina ， ZHANG Mingming ， ZHU Xuezhong . PI parameter tuning for the switched reluctance motor based on system identification ［J］. Micromotors ， 2010 ， 43 （ 9 ）： 74 - 76 .

郑宝东，梁丽杰，张春蕊 . 扩展Jury判据［J］. 中国科学（A辑：数学）， 2009 ， 39 （ 10 ）： 1239 - 1260 .

ZHENG Baodong ， LIANG Lijie ， ZHANG Chunrui . Extended Jury criterion ［J］. Science in China （Series A： Mathematics）， 2009 ， 39 （ 10 ）： 1239 - 1260 .

FERNÁNDEZ-GUILLAMÓN A ， SARASÚA J I ， CHAZARRA M ， et al . Frequency control analysis based on unit commitment schemes with high wind power integration： a Spanish isolated power system case study ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106044 .

杜作义，马乐瑶 . 基于Matlab/Simulink的风速仿真研究［J］. 中国西部科技， 2013 ， 12 （ 12 ）： 46 - 47 .

DU Zuoyi ， MA Leyao . Wind speed simulation based on Matlab/Simulink ［J］. Science and Technology of West China ， 2013 ， 12 （ 12 ）： 46 - 47 .

ULLAH N R ， THIRINGER T ， KARLSSON D . Temporary primary frequency control support by variable speed wind turbines—potential and applications ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2008 ， 23 （ 2 ）： 601 - 612 .

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