2023年第二届新晨杯_A题.pdfVIP

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2023年 第二届新晨杯 (A  题) 电网频率响应 “地球一小时”是为了表达对可持续发展和气候变化的关注,却引起电力专业组 织的担忧。包括 34 个国家的欧洲电力传输运营商联盟(ENTSO-E )曾呼吁“地球一小 时”组织者和参加者不要在统一时间集中关灯和开灯,而可以采取分阶段渐进式开关 灯,以减小用电大起大落对电网安全的威胁,避免出于好意却可能触发的大面积停电 (ENTSO-E, 2010; 2011)。但也有人认为地球一小时引起的用电量波动不足为虑(柴知道, 2019 )。 上述例子关乎电力系统安全运行的一个重要前,即维持电网频率稳定。当并网 用电设备希望使用的功率超过发电机输出功率时,比如一个城市的路灯开启瞬间,频 率会下降;反之,频率会上升。因此,电力系统的频率总是在额定频率附近波动。燃 煤发电机、燃气发电机等同步发电机具有惯性,是支撑电网频率不发生大范围波动的 重要支柱。 当电网频率发生大范围波动时,很可能导致一些发电机机组自动退出运行, 部分用电设备也将发生异常。风力发电、光伏等非同步机的电源,本身不具有惯性; 而当这类电力来源比重增加时,电力系统频率惯性将降低,发生频率大范围波动的风 并可能导致大范围停电。2019 年 8 月 9 日英国就发生了这类大停电事故(PSD, 险增加, 2019 )。 在风力、光伏发电比例大幅增长的背景下,用电负荷参与电网的频率响应,成为 维持电网频率稳定的有效、经济的手段。比如,电网频率下降到一定程度时,一些非 关键负荷主动降低用电功率,效果形同有电源增加了发电功率。参与频率响应的主要 设备可以选择空调、热水器、电动汽车充电负荷等。负荷参与频率响应中,分布式的 控制方式是,各个用电设备主动监测电网频率,频率偏差达到一定程度时主动响应。 本题 目只考虑电网频率偏低的情况。我们可以看到,在分布式控制中,需要决策 的参数有:频率偏差的门槛值,以及用电设备监测电网频率的周期。频率响应中需要 用户体验(过于频繁的参与响应可能降低用电满意度),以及调频效果。 关注的目标有: 试就此建立数学模型,并进行初步的测算。 1.假定电力系统频率偏差在正负 0.1Hz 内按正态分布,试建立用户体验与频率偏 差的门槛值、用电设备监测电网频率的周期的函数关系。 2.根据以上数学模型以及您的测算,给出您建议的参数设置。 3.基于您的建模方案,对于用电负荷参与电网频率响应,您有何政策建议? 交 您的解决方案论文应包括 1 页的摘要,正文不能超过 25页,建议使用目录。 附 录和代码等应出现在正文之后,页数无限制要求。 词汇表 电网频率:物理课告诉我们,电力系统使用交流电,电压电流用正弦函数述。电网 频率是电压和电流每秒的周波数,由同步发电机的旋转速度决定。在稳态条件下,各 发电机同步运行,整个电网的频率相等,是一个全系统一致的运行参数。世界各地的 电网频率多为 50Hz,部分国家或地区为 60Hz,即交流电每秒钟变化 50 次,或 60 次。 负荷 :电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和,称为负荷。 频率响应 :指电网的频率一旦偏离额定频率值时,电网机组做出相应的变化,限制电 网频率变化,使电网频率维持稳定的自动控制过程。 频率偏差 门槛 :用电负荷参与频率响应的频率偏差最小值。频率偏差超过门槛值,用 电负荷才开始参与频率响应。 监测 电网频率周期:用电设备监测电网频率的周期,即多久监测一次电网频率。 用户体验 :用电负荷参与频率响应给用户带来的感受和舒适度的影响,如热负荷参与, 可能带来温度的改变。 调频效果:频率响应时,以最大频率偏差和超过门槛值的频率偏差的累积时间两个指 标最为重要。 参考文献: 柴知道,2019. “地球一小时,地球在乎吗?”(视频) /video/afrom=searchseid=15049368556817732925 中国电力科学研究院电力系统研究所(PSD), 2019. “英国‘2019 ⋅ 8 ⋅ 9 ’大停电事 故分析报告”,/news/show-758364.html

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