本发明专利技术专利公开了一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，首先根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立了风电并网电力系统的平均系统频率响应模型，基于频率累积效应计算频率安全稳定裕度指标，通过结合频率响应特征和安全裕度指标约束，建立风电渗透率水平和安全裕度指标的定量函数关系，从而能够快速有效的预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率水平，本发明专利技术提出的频率安全稳定裕度指标，物理概念清晰且能客观反映系统频率的动态安全状态，可以快速有效预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率，对保障系统安全稳定运行具有重要意义。
A Fast Evaluation Method of Maximum Wind Power Permeability Considering Frequency Accumulation
【技术实现步骤摘要】
一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法所属领域本专利技术属于电网安全风险评估
，具体涉及一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法。
技术介绍
作为目前最成熟和最具发展前景的可再生能源之一，风力发电近年来始终保持着强劲的发展势头。然而风力发电大都通过电力电子变流器并网，其有功功率与系统频率处于解耦状态，均难以像传统同步发电机一样给电网提供惯性及一次调频支撑。随着大规模风力发电逐渐替代传统同步发电机并网运行，使得系统惯性水平呈现逐渐降低的趋势，进一步恶化了外部扰动下的系统频率响应，不利于系统的安全性。目前已有学者开始开展大规模风电并网运行对系统频率安全稳定影响的研究，并以此作为评估风电接入电网容量的因素之一，因此，研究电力系统的最大风电渗透率水平，对未来高占比风电电力系统的安全稳定运行具有非常重要的指导意义。目前，对于系统最大风电渗透率水平的评估，国内外已有学者展开了一系列研究，大致可分为两类：基于数字仿真的方法和基于数学模型的方法。但是，这些方法大都采用最大频率偏差、频率变化率等作为频率响应指标，均未考虑频率偏差轨迹超过限值的累积效应，所以这些方法与实际不符，不能响应实际需求且参数值不够准确，而实际试验运用中，频率偏差轨迹超过限值的累积效应对电力系统设备的稳定运行有非常大的意义，因而如何能够在充分考虑累积效应的前提下，迅速做出最大风电渗透率水平的评估，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，首先根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立了风电并网电力系统的平均系统频率响应模型，基于频率累积效应计算频率安全稳定裕度指标，通过结合频率响应特征和安全裕度指标约束，建立风电渗透率水平和安全裕度指标的定量函数关系，从而能够快速有效的预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率水平，对保障系统安全稳定运行具有重要意义。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，包括如下步骤：S1，建立精确的平均系统频率响应模型：所述模型根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立；S2，求解系统频率偏差的时域表达式：根据步骤S1建立的模型，计算出系统频率偏差的时域表达式；S3，计算累积效应的频率安全稳定裕度指标：所述指标以最大出力同步发电机掉机作为系统的功率缺额扰动事件，计算基于累积效应的频率安全稳定裕度指标；S4，计算更新模型后的频率安全裕度指标：逐步增加风电来替代传统同步发电机，并对含风电的平均系统频率响应模型参数进行更新，重新计算新频率安全裕度指标；S5，对新频率安全裕度指标进行判断：当新频率安全裕度指标值大于零时，返回步骤S3，否则，继续步骤S6；S6，建立频率安全裕度指标和风电渗透率水平的数学表达式；S7，根据步骤S6建立的数学表达式，令频率安全裕度指标值为0，计算最大风电渗透率。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S1中平均系统频率响应模型的频域表达式为：其中ΔP＝Pstepu(t)，Pstep表示扰动的大小，u(t)为阶跃函数；H、D分别表示等效系统的惯性时间常数以及阻尼常数；TR、R、FH分别为聚合后同步发电机汽轮机时间常数、一次调频系数以及原动机高压缸做功比例。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2中系统频率偏差的时域表达式为：其中：作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S3中频率安全稳定裕度指标η为：其中，fN是系统频率额定值；fcr是频率临界值；Sd是指以tcr为宽度的频率曲线与频率临界值fcr所包围的最小面积，所述该最小面积表示为：其中，ts是频率暂态事件的起始位置。作为本专利技术又一种改进，所述步骤S6进一步包括：S61，建立风电渗透率水平ρ表达式，所述表达式为：其中：Pwind是风电的总实时出力，Psync是同步发电机的总实时出力；S62，考虑系统的等效惯性时间常数H和调差系数R，将两者代入步骤S2系统频率偏差的时域表达式中，建立考虑风电渗透率的系统频率偏差表达式；S63，将步骤S62获取的考虑风电渗透率的系统频率偏差表达式代入步骤S2频率安全裕度指标表达式中，得到频率安全裕度指标η和风电渗透率水平ρ关系的数学表达式，所述表达式为：其中：I＝(1-ξ2)(g-q)为了实现上述目的，本专利技术还采用的技术方案是：一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法的应用，所述频率安全稳定裕度指标η随着频率轨迹的变化而变化，当η∈[0,1]时，系统频率处于安全状态，η的取值越大，系统频率的安全性越好；当η∈(﹣∞,0]时，系统频率处于非安全状态，η的取值越小，系统频率的安全性越差。与现有技术相比，本专利技术所提出的一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，建立了风电并网电力系统的平均系统频率响应模型，并基于频率累积效应计算频率安全稳定裕度指标，通过结合频率响应特征和安全裕度指标约束，建立风电渗透率水平和安全裕度指标的定量函数关系，从而能够快速有效的预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率水平，对保障系统安全稳定运行具有重要意义。附图说明图1为本专利技术考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法的流程图；图2为本专利技术实施例1含风机的IEEE39节点系统拓扑图；图3为本专利技术平均系统频率响应模型聚合过程示意图；图4a、图4b和图4c分别为本专利技术实施例2中三种不同频率偏移严重程度情况下的频率轨迹曲线图；图5为本专利技术实施例2中时域仿真结果和理论计算结果的对比图。具体实施方式以下将结合附图和实施例，对本专利技术进行较为详细的说明。实施例1本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本实施例以IEEE39节点测试系统作为仿真算例来评估区域电网最大风电渗透率水平，系统负荷均为静态负荷，在节点30处接入风电来直接替代相同容量的传统同步发电机组，图2为本实施例修正后的含风电的IEEE39节点系统拓扑图。仿真中施加的扰动以31号节点发电机掉机为例。本实施例中最大风电渗透率水平的快速评估是基于功率缺额导致的低频事件，分析方法同样适用于功率盈余的高频事件。在全时域仿真软件PSD-BPA中建立上述测试系统，风机模型采用的是GE通用模型，整个仿真持续时间为50s，在第5秒的时候切除31号节点发电机组。一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，如图1所示：S1，首先根据10机39节点测试系统中的发电机及调速器参数，建立对应的等效ASFR模型，从而求出系统频率时域表达式来定量分析系统频率动态特征。对于多机系统而言，其频率响应特性可以用一个等效的同步发电机来代替，图3给出了多机聚合过程的示意图,其基本实现方法是将多个单机的频率响应模型参数通过平均加权获取，对于系统中的n台发电机，定义第i台发电机的基准功率Si，惯性时间常数Hi，阻尼常数Di，机械功率增益Kmi、汽轮机时间常数TRi，一次调频系数Ri，则单机等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立精确的平均系统频率响应模型：所述模型根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立；S2，求解系统频率偏差的时域表达式：根据步骤S1建立的模型，计算出系统频率偏差的时域表达式；S3，计算累积效应的频率安全稳定裕度指标：所述指标以最大出力同步发电机掉机作为系统的功率缺额扰动事件，计算基于累积效应的频率安全稳定裕度指标；S4，计算更新模型后的频率安全裕度指标：逐步增加风电来替代传统同步发电机，并对含风电的平均系统频率响应模型参数进行更新，重新计算新频率安全裕度指标；S5，对新频率安全裕度指标进行判断：当新频率安全裕度指标值大于零时，返回步骤S3，否则，继续步骤S6；S6，建立频率安全裕度指标和风电渗透率水平的数学表达式；S7，根据步骤S6建立的数学表达式，令频率安全裕度指标值为0，计算最大风电渗透率。
【技术特征摘要】
1.一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立精确的平均系统频率响应模型：所述模型根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立；S2，求解系统频率偏差的时域表达式：根据步骤S1建立的模型，计算出系统频率偏差的时域表达式；S3，计算累积效应的频率安全稳定裕度指标：所述指标以最大出力同步发电机掉机作为系统的功率缺额扰动事件，计算基于累积效应的频率安全稳定裕度指标；S4，计算更新模型后的频率安全裕度指标：逐步增加风电来替代传统同步发电机，并对含风电的平均系统频率响应模型参数进行更新，重新计算新频率安全裕度指标；S5，对新频率安全裕度指标进行判断：当新频率安全裕度指标值大于零时，返回步骤S3，否则，继续步骤S6；S6，建立频率安全裕度指标和风电渗透率水平的数学表达式；S7，根据步骤S6建立的数学表达式，令频率安全裕度指标值为0，计算最大风电渗透率。2.如权利要求1所述的一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，其特征在于所述步骤S1中平均系统频率响应模型的频域表达式为：其中ΔP＝Pstepu(t)，Pstep表示扰动的大小，u(t)为阶跃函数；H、D分别表示等效系统的惯性时间常数以及阻尼常数；TR、R、FH分别为聚合后同步发电机汽轮机时间常数、一次调频系数以及原动机高压缸做功比例。3.如权利要求2所述的一种考虑频率累积作用的最大风电渗...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴剑丰，汤奕，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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