工业负荷建模控制及电网互动调节

目录
“智能电网技术与装备丛书”序
前言
第1章 高耗能工业负荷的基本分类与地理分布 1
1.1 中国可再生能源消纳现状 1
1.1.1 电源侧提高电力系统灵活性 2
1.1.2 电网侧提高电力系统灵活性 2
1.1.3 负荷侧提高电力系统灵活性 3
1.2 高耗能工业负荷的基本分类 4
1.3 电解铝负荷的产能概况与地理分布 6
1.4 矿热炉的产能概况与地理分布 7
1.5 多晶硅的产能概况与地理分布 8
1.6 高耗能工业负荷生产特点 9
1.7 本章小结 10
参考文献 10
第2章 典型高耗能工业负荷特性及建模方法 13
2.1 电解铝的负荷特性及建模方法 13
2.1.1 电解铝工业生产工艺特点 13
2.1.2 电解铝负荷拓扑结构及特性 14
2.1.3 电解铝负荷稳流系统 15
2.1.4 电解铝负荷有功-电压外特性建模 16
2.2 矿热炉及钢铁负荷特性及建模方法 19
2.2.1 合金冶炼类工业生产工艺特点 19
2.2.2 矿热炉等效电路 22
2.2.3 矿热炉电极升降系统 26
2.2.4 轧钢负荷模型 27
2.2.5 矿热炉及钢铁负荷调节能力仿真 31
2.3 多晶硅的负荷特性及建模方法 34
2.3.1 多晶硅生产工艺特性 34
2.3.2 多晶硅负荷功率外特性 36
2.3.3 多晶硅供电电源 41
2.3.4 多晶硅负荷调节能力仿真 44
2.4 本章小结 45
参考文献 46
第3章 高耗能工业负荷控制方法 48
3.1 电解铝负荷控制方法 48
3.1.1 基于有载调压变压器调节方法 48
3.1.2 基于饱和电抗器调节方法 49
3.1.3 基于交流侧母线电压调节方法 50
3.1.4 电解铝负荷调控特性现场试验验证 51
3.2 矿热炉负荷控制方法 59
3.2.1 矿热炉负荷阻抗-有功调节方法 59
3.2.2 仿真分析 64
3.3 多晶硅负荷控制方法 67
3.3.1 多晶硅负荷控制原理 67
3.3.2 多晶硅负荷控制需要考虑的安全因素 68
3.4 本章小结 70
参考文献 71
第4章 高耗能工业负荷参与局域电网频率控制方法 72
4.1 含高耗能工业负荷的局域电网运行难点分析 72
4.1.1 含高耗能工业负荷的局域电网构架 72
4.1.2 含高耗能工业负荷的局域电网频率特性分析 73
4.1.3 含高耗能工业负荷的局域电网运行存在的难点 74
4.2 基于电解铝负荷控制的局域电网频率控制方法 76
4.2.1 基于系统频率反馈的电解铝负荷控制器构架 76
4.2.2 电解铝负荷控制器参数设计 77
4.2.3 基于广域信息的不平衡功率在线辨识 81
4.2.4 电压灵敏度方法 83
4.2.5 电解铝有功控制方法实现步骤 83
4.2.6 仿真分析 85
4.3 基于矿热炉负荷控制的局域电网频率控制方法 92
4.3.1 矿热炉阻抗、电压-有功协调控制 92
4.3.2 多矿热炉系统协调控制方法 101
4.3.3 实际局域电网频率波动响应策略 105
4.4 基于多晶硅负荷控制的局域电网频率控制方法 123
4.4.1 基于广域信息的多晶硅负荷响应风电波动控制 123
4.4.2 基于负荷调节效应的多晶硅负荷控制方法 126
4.4.3 基于多晶硅负荷的闭环频率控制方法研究 127
4.4.4 仿真分析 128
4.5 本章小结 142
参考文献 143
第5章 电解铝负荷参与局域电网动态电压控制方法 145
5.1 基于广域信息的局域电网动态电压控制模型 146
5.1.1 局域电网模型 146
5.1.2 基于广域信息的系统等效简化模型 147
5.1.3 WAMS的控制时延补偿 151
5.1.4 动态电压控制模型 152
5.2 动态电压控制方法设计 153
5.2.1 基于二次型最优控制的动态电压控制方法设计 153
5.2.2 实现流程 153
5.3 仿真分析 154
5.3.1 WSCC-9节点系统 155
5.3.2 蒙东局域电网 159
5.4 本章小结 161
参考文献 162
第6章 电解铝负荷参与互联电网联络线功率波动控制方法 163
6.1 并网型高耗能工业电网特性分析 164
6.1.1 并网型高耗能工业电网联络线功率波动特性分析 164
6.1.2 计及负荷控制的并网型高耗能工业电网频率响应模型 166
6.2 并网型高耗能工业电网联络线功率波动控制方法 167
6.2.1 基于负荷控制的并网型高耗能工业电网联络线功率波动控制构架.167
6.2.2 基于模型预测控制的联络线功率控制方法 169
6.3 基于显式模型预测控制的快速求解方法 170
6.3.1 显式模型预测控制器离线计算过程 170
6.3.2 显式模型预测控制器在线计算过程 173
6.4 仿真分析 174
6.4.1 算例系统 174
6.4.2 风电功率波动场景下联络线功率波动抑制效果验证 175
6.4.3 风电场跳闸场景下联络线功率波动抑制效果验证 178
6.5 本章小结 181
参考文献 181
第7章 电解铝负荷参与互联电网低频振荡控制方法 183
7.1 电解铝负荷对电网低频振荡的影响机理 183
7.1.1 单机电力系统的分析 184
7.1.2 电解铝负荷的复转矩分析 187
7.1.3 多机电力系统的算例验证 189
7.2 电解铝负荷的广域阻尼控制 192
7.2.1 电解铝负荷的电气模型 192
7.2.2 广域阻尼控制架构 193
7.3 考虑风电接入的负荷侧广域阻尼控制器鲁棒设计 195
7.3.1 负荷侧广域阻尼控制器的序列鲁棒设计 195
7.3.2 负荷侧广域阻尼控制器的设计步骤 198
7.4 仿真分析 199
7.4.1 算例系统 199
7.4.2 负荷侧广域阻尼控制的有效性验证 201
7.4.3 风电接入下负荷侧广域阻尼控制的鲁棒性验证 203
7.4.4 广域时延的影响 206
7.5 本章小结 207
参考文献 208
第8章 电解铝负荷参与互联电网调频辅助服务方法 210
8.1 高耗能工业电网参与调频辅助服务的总体框架设计 210
8.1.1 典型调频辅助服务市场运行流程 210
8.1.2 高耗能电解铝负荷参与调频辅助服务框架 213
8.2 日前调频备用容量优化方法设计 214
8.2.1 考虑负荷调节惩罚代价的目标函数 214
8.2.2 日前调频备用容量优化约束条件 215
8.2.3 日前调频备用容量优化问题求解 217
8.3 实时调频控制方法设计 221
8.3.1 经济型模型预测控制 221
8.3.2 基于经济型模型预测控制的实时调频控制方法 224
8.4 仿真分析 225
8.4.1 参数设置 225
8.4.2 日前调频备用容量优化效果验证 226
8.4.3 实时调频控制效果验证 228
8.4.4 考虑日前预测误差的实时调频控制效果验证 231
8.5 本章小结 234
参考文献 234
第9章 含电解铝工业负荷控制的硬件在环仿真平台搭建及工业应用 236
9.1 含高渗透率风电局域电网的硬件在环仿真平台总体构架 236
9.2 硬件在环仿真平台硬件设备及其接入方法 239
9.2.1 工业级PMU 239
9.2.2 WAMS控制主站 239
9.2.3 NCU 240
9.2.4 工业级励磁控制器GEC-300241
9.3 硬件在环仿真平台测试 241
9.4 基于广域信息的控制系统架构设计 243
9.4.1 基于广域信息的控制系统总体架构 243
9.4.2 受控设备的接口定义方法 244
9.4.3 考虑现场工况的闭环控制系统逻辑设计及防误措施 246
9.5 电解铝负荷参与局域电网频率控制的现场试验 247
9.5.1 基于励磁控制的电解铝负荷开环控制试验 248
9.5.2 考虑风电功率快速下降的WAMS控制试验 250
9.5.3 考虑机组跳闸的WAMS控制试验 254
9.6 本章小结 256
参考文献 257
附录 258
附录A 蒙东局域电网系统数据说明 258
附录B 内蒙古自治区赤峰局域电网电气元件参数表 259
附录C 多晶硅负荷控制方法结果 259
附录D WSCC-9节点系统 261
附录E 双馈感应风电机组参数 262