“新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用”专辑特约主编寄语

“新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用”专辑特约主编寄语
力发展新能源是实现国家“双碳”战略目标的必由之路。随着新能源和电力电子装备渗透率的不断提高，电力系统的源/网/荷侧电力电子化程度日益加深。新型电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差，故障场景下系统频率失稳风险显著增大。新型电力系统频率响应相对传统电网呈现三个新特性。首先，其运行方式随机多变，惯量具有时变和空间分布差异特性导致了惯量时空分布差异化，频率响应精确建模难；其次，大量异质化的源/网/荷/储调频资源的引入导致频率动态稳定机理复杂，频率稳定分析难；最后，多元可控资源参与调频急剧增加了控制决策的维度和复杂度，频率稳定控制难。这些新特性给新型电力系统频率稳定分析和控制带来挑战。
针对上述挑战，如何从点到面地实现多类型可调资源的协调控制，从而实现新型电力系统惯量-功率-频率优化控制，对提高新型电力系统频率稳定性及系统稳定运行具有重要意义，亟须针对新型电力系统惯量-功率-频率控制基础理论与应用开展深入研究和探讨。为此，《电力系统自动化》策划了“新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用”专辑，征文通知发出后引起了学术界和工业界的广泛关注，经过同行评审，收录了15篇论文。论文内容主要涉及以下几个方面：
在观点和综述方面，从能量视角下认识电力系统惯量，山东大学丁磊等回顾了惯量作为阻碍物体状态变化能力的度量的物理本质，把电力系统建模为包含不同尺度下多种能量形式和元件的能量供应链，将惯量广义化为机械旋转惯量、电惯量、热惯量、流体惯量，为新型电力系统有功控制的方法设计提供理论指导；清华大学陈磊等指出燃煤火电机组是中国电力系统最核心可靠的一次调频资源，归纳了火电一次调频的发展趋势及其在电网、电厂运行方面存在的不足，就调频能力提升、调频快速准确仿真两方面挑战总结了研究现状和存在问题，并展望了未来新型电力系统火电一次调频关键技术问题。
在惯量支撑技术与调频能力评估方面，湖南大学文云峰等首先考虑惯量支撑功率多阶段响应特征给出了电力系统惯量需求的基本概念，并基于能量和时序视角提出了惯量需求的量化表征指标，并构建了一种适用于电网频率安全防线体系的惯量需求评估方法及分级机制；华中科技大学姚伟等针对风电场调频能力缺乏定义且难以评估、运行参数及边界约束对支撑能力的影响机理不明的问题，定义了多时间尺度、多能量形式、多评估层次指标精准量化评估调节能力，揭示了转速、载荷与容量分别是不同工况下影响风电场调频能力的主要因素；中国农业大学叶林等提出了计及频率响应时空相关性的新能源电力系统惯量估计方法，结果表明该方法可在不同新能源渗透率和频率扰动场景下保证惯量估计效果的一致性，具备工程应用潜力；浙江大学高晖胜等提出了一种考虑电压动态的电力系统频率强度量化方法，在所提频率响应模型中通过一个全局耦合项表征电压动态对系统频率的影响，揭示了电压和频率的交互作用路径。
在系统频率响应下的惯量响应体系方面，清华大学姜继恒等分析了机械、控制、电气等环节对风电等效惯量的动态影响，建立了直驱风电机组频率响应全阶模型，并基于奇异摄动理论推导了考虑不同时间尺度动态的等效惯量降阶模型；大连理工大学晁璞璞等建立了全功率型风电机组的通用电磁暂态模型和全要素综合调频控制系统，提出了采用机组实测频率响应特性曲线形态辨识调频控制器结构、采用机组实测频率响应特性曲线特征值辨识调频控制器参数的实用化辨识方法；天津大学朱介北等提出了一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法，为满足相应并网规程要求和清算辅助服务产品经济效益提供了新手段。重庆大学欧阳金鑫等建立了电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率响应模型，提出了锁相暂态影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法，解析了电网故障下考虑直驱风电机组功率控制误差的电力系统频率动态响应特性。
在虚拟惯量控制及惯量优化配置策略方面，浙江大学汪震等提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法，并通过仿真验证了该方法对系统节点频率稳定性具有提升作用；四川大学付强等针对定直流电压控制和定功率控制这两类主流并网换流器控制方式，提出了附加频率控制下并网换流器动态惯量的量化评估方法，分析了控制参数、运行工况和系统特性等不同因素对惯量的影响机制，指出有功控制外环会显著改变原有设计惯量，需重点关注其控制参数导致的惯量偏差。
在提供频率支撑的多类型调频资源协调控制方面，西安交通大学杨松浩等从提升系统频率最低点这一核心需求出发，提出一种考虑系统一次调频特性的风机最优频率支撑控制，所提方法通过与系统原有的调频特性协同而显著提升了频率最低点，且对不同运行工况和扰动水平均具有较好的鲁棒性；南瑞集团有限公司李兆伟等考虑将电化学储能功率纳入由电网故障事件触发的紧急控制以应对短时性功率冲击下暂态频率越限，构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型，提出了避免低频减载动作的最小储能紧急释放能量计算方法，并给出满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略；东北电力大学姜涛等针对大规模风电接入带来的系统调频能力不足和调频能量透支引发的频率二次跌落问题，提出一种多风电场动态差异化时序协同的频率支撑控制策略。
本专辑旨在介绍“新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用”这一主题领域的最新研究成果，希望为广大专家、学者提供有益的参考。由于该领域涉及许多科学问题和工程技术难题，无论是在理论研究还是应用方面，都有待更加深入的探索实践。我们期盼本专辑的出版能够推动不同学术观点的交流，促进研究工作的创新。
衷心感谢各位专家、学者对本次专辑的大力支持，他们为本次专辑提供了最新研究成果和技术经验的凝练。感谢《电力系统自动化》编辑部为本专辑的策划、组织和出版所做的大量而细致的工作。最后，还要感谢各位评审专家，他们求实的科学精神和认真的工作态度保证了本专辑的高质量出版。