工業(yè)負荷建模控制及電網互動調節(jié)

目錄
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 高耗能工業(yè)負荷的基本分類與地理分布 1
1.1 中國可再生能源消納現狀 1
1.1.1 電源側提高電力系統(tǒng)靈活性 2
1.1.2 電網側提高電力系統(tǒng)靈活性 2
1.1.3 負荷側提高電力系統(tǒng)靈活性 3
1.2 高耗能工業(yè)負荷的基本分類 4
1.3 電解鋁負荷的產能概況與地理分布 6
1.4 礦熱爐的產能概況與地理分布 7
1.5 多晶硅的產能概況與地理分布 8
1.6 高耗能工業(yè)負荷生產特點 9
1.7 本章小結 10
參考文獻 10
第2章 典型高耗能工業(yè)負荷特性及建模方法 13
2.1 電解鋁的負荷特性及建模方法 13
2.1.1 電解鋁工業(yè)生產工藝特點 13
2.1.2 電解鋁負荷拓撲結構及特性 14
2.1.3 電解鋁負荷穩(wěn)流系統(tǒng) 15
2.1.4 電解鋁負荷有功-電壓外特性建模 16
2.2 礦熱爐及鋼鐵負荷特性及建模方法 19
2.2.1 合金冶煉類工業(yè)生產工藝特點 19
2.2.2 礦熱爐等效電路 22
2.2.3 礦熱爐電極升降系統(tǒng) 26
2.2.4 軋鋼負荷模型 27
2.2.5 礦熱爐及鋼鐵負荷調節(jié)能力仿真 31
2.3 多晶硅的負荷特性及建模方法 34
2.3.1 多晶硅生產工藝特性 34
2.3.2 多晶硅負荷功率外特性 36
2.3.3 多晶硅供電電源 41
2.3.4 多晶硅負荷調節(jié)能力仿真 44
2.4 本章小結 45
參考文獻 46
第3章 高耗能工業(yè)負荷控制方法 48
3.1 電解鋁負荷控制方法 48
3.1.1 基于有載調壓變壓器調節(jié)方法 48
3.1.2 基于飽和電抗器調節(jié)方法 49
3.1.3 基于交流側母線電壓調節(jié)方法 50
3.1.4 電解鋁負荷調控特性現場試驗驗證 51
3.2 礦熱爐負荷控制方法 59
3.2.1 礦熱爐負荷阻抗-有功調節(jié)方法 59
3.2.2 仿真分析 64
3.3 多晶硅負荷控制方法 67
3.3.1 多晶硅負荷控制原理 67
3.3.2 多晶硅負荷控制需要考慮的安全因素 68
3.4 本章小結 70
參考文獻 71
第4章 高耗能工業(yè)負荷參與局域電網頻率控制方法 72
4.1 含高耗能工業(yè)負荷的局域電網運行難點分析 72
4.1.1 含高耗能工業(yè)負荷的局域電網構架 72
4.1.2 含高耗能工業(yè)負荷的局域電網頻率特性分析 73
4.1.3 含高耗能工業(yè)負荷的局域電網運行存在的難點 74
4.2 基于電解鋁負荷控制的局域電網頻率控制方法 76
4.2.1 基于系統(tǒng)頻率反饋的電解鋁負荷控制器構架 76
4.2.2 電解鋁負荷控制器參數設計 77
4.2.3 基于廣域信息的不平衡功率在線辨識 81
4.2.4 電壓靈敏度方法 83
4.2.5 電解鋁有功控制方法實現步驟 83
4.2.6 仿真分析 85
4.3 基于礦熱爐負荷控制的局域電網頻率控制方法 92
4.3.1 礦熱爐阻抗、電壓-有功協(xié)調控制 92
4.3.2 多礦熱爐系統(tǒng)協(xié)調控制方法 101
4.3.3 實際局域電網頻率波動響應策略 105
4.4 基于多晶硅負荷控制的局域電網頻率控制方法 123
4.4.1 基于廣域信息的多晶硅負荷響應風電波動控制 123
4.4.2 基于負荷調節(jié)效應的多晶硅負荷控制方法 126
4.4.3 基于多晶硅負荷的閉環(huán)頻率控制方法研究 127
4.4.4 仿真分析 128
4.5 本章小結 142
參考文獻 143
第5章 電解鋁負荷參與局域電網動態(tài)電壓控制方法 145
5.1 基于廣域信息的局域電網動態(tài)電壓控制模型 146
5.1.1 局域電網模型 146
5.1.2 基于廣域信息的系統(tǒng)等效簡化模型 147
5.1.3 WAMS的控制時延補償 151
5.1.4 動態(tài)電壓控制模型 152
5.2 動態(tài)電壓控制方法設計 153
5.2.1 基于二次型最優(yōu)控制的動態(tài)電壓控制方法設計 153
5.2.2 實現流程 153
5.3 仿真分析 154
5.3.1 WSCC-9節(jié)點系統(tǒng) 155
5.3.2 蒙東局域電網 159
5.4 本章小結 161
參考文獻 162
第6章 電解鋁負荷參與互聯電網聯絡線功率波動控制方法 163
6.1 并網型高耗能工業(yè)電網特性分析 164
6.1.1 并網型高耗能工業(yè)電網聯絡線功率波動特性分析 164
6.1.2 計及負荷控制的并網型高耗能工業(yè)電網頻率響應模型 166
6.2 并網型高耗能工業(yè)電網聯絡線功率波動控制方法 167
6.2.1 基于負荷控制的并網型高耗能工業(yè)電網聯絡線功率波動控制構架.167
6.2.2 基于模型預測控制的聯絡線功率控制方法 169
6.3 基于顯式模型預測控制的快速求解方法 170
6.3.1 顯式模型預測控制器離線計算過程 170
6.3.2 顯式模型預測控制器在線計算過程 173
6.4 仿真分析 174
6.4.1 算例系統(tǒng) 174
6.4.2 風電功率波動場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 175
6.4.3 風電場跳閘場景下聯絡線功率波動抑制效果驗證 178
6.5 本章小結 181
參考文獻 181
第7章 電解鋁負荷參與互聯電網低頻振蕩控制方法 183
7.1 電解鋁負荷對電網低頻振蕩的影響機理 183
7.1.1 單機電力系統(tǒng)的分析 184
7.1.2 電解鋁負荷的復轉矩分析 187
7.1.3 多機電力系統(tǒng)的算例驗證 189
7.2 電解鋁負荷的廣域阻尼控制 192
7.2.1 電解鋁負荷的電氣模型 192
7.2.2 廣域阻尼控制架構 193
7.3 考慮風電接入的負荷側廣域阻尼控制器魯棒設計 195
7.3.1 負荷側廣域阻尼控制器的序列魯棒設計 195
7.3.2 負荷側廣域阻尼控制器的設計步驟 198
7.4 仿真分析 199
7.4.1 算例系統(tǒng) 199
7.4.2 負荷側廣域阻尼控制的有效性驗證 201
7.4.3 風電接入下負荷側廣域阻尼控制的魯棒性驗證 203
7.4.4 廣域時延的影響 206
7.5 本章小結 207
參考文獻 208
第8章 電解鋁負荷參與互聯電網調頻輔助服務方法 210
8.1 高耗能工業(yè)電網參與調頻輔助服務的總體框架設計 210
8.1.1 典型調頻輔助服務市場運行流程 210
8.1.2 高耗能電解鋁負荷參與調頻輔助服務框架 213
8.2 日前調頻備用容量優(yōu)化方法設計 214
8.2.1 考慮負荷調節(jié)懲罰代價的目標函數 214
8.2.2 日前調頻備用容量優(yōu)化約束條件 215
8.2.3 日前調頻備用容量優(yōu)化問題求解 217
8.3 實時調頻控制方法設計 221
8.3.1 經濟型模型預測控制 221
8.3.2 基于經濟型模型預測控制的實時調頻控制方法 224
8.4 仿真分析 225
8.4.1 參數設置 225
8.4.2 日前調頻備用容量優(yōu)化效果驗證 226
8.4.3 實時調頻控制效果驗證 228
8.4.4 考慮日前預測誤差的實時調頻控制效果驗證 231
8.5 本章小結 234
參考文獻 234
第9章 含電解鋁工業(yè)負荷控制的硬件在環(huán)仿真平臺搭建及工業(yè)應用 236
9.1 含高滲透率風電局域電網的硬件在環(huán)仿真平臺總體構架 236
9.2 硬件在環(huán)仿真平臺硬件設備及其接入方法 239
9.2.1 工業(yè)級PMU 239
9.2.2 WAMS控制主站 239
9.2.3 NCU 240
9.2.4 工業(yè)級勵磁控制器GEC-300241
9.3 硬件在環(huán)仿真平臺測試 241
9.4 基于廣域信息的控制系統(tǒng)架構設計 243
9.4.1 基于廣域信息的控制系統(tǒng)總體架構 243
9.4.2 受控設備的接口定義方法 244
9.4.3 考慮現場工況的閉環(huán)控制系統(tǒng)邏輯設計及防誤措施 246
9.5 電解鋁負荷參與局域電網頻率控制的現場試驗 247
9.5.1 基于勵磁控制的電解鋁負荷開環(huán)控制試驗 248
9.5.2 考慮風電功率快速下降的WAMS控制試驗 250
9.5.3 考慮機組跳閘的WAMS控制試驗 254
9.6 本章小結 256
參考文獻 257
附錄 258
附錄A 蒙東局域電網系統(tǒng)數據說明 258
附錄B 內蒙古自治區(qū)赤峰局域電網電氣元件參數表 259
附錄C 多晶硅負荷控制方法結果 259
附錄D WSCC-9節(jié)點系統(tǒng) 261
附錄E 雙饋感應風電機組參數 262