一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑风电‑直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，考虑了火电机组、风电机组、直流输电系统和抽水蓄能电站在系统频率调整中发挥的作用，通过在线采集电网运行状态数据和机组设备信息，建立火电机组、风电机组、直流输电系统和抽水蓄能电站参与频率调整的聚合模型。该聚合模型以传递函数的形式对火电机组、风电机组、直流输电系统和抽水蓄能电站参与调频过程进行表征。与现有的方法相比，采用本方法可以计及风电机组和直流输电系统在频率调节中发挥的作用，更加快速地预测系统频率变化的动态过程，从而提高电网频率态势预测的感知能力和精度，对于电网调度具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法
本专利技术属于电力系统态势感知及趋势预测
，涉及一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法。
技术介绍
随着可再生能源发电、直流远距离输电等技术的快速发展，电力系统的电力电子化程度不断提升，电力电子变换器的快速灵活特性已开始深刻影响电力系统的动态行为，为电网的安全、高效运行带来机遇及挑战。以华中电网为例，新能源机组的大量投产、多直流的密集馈入，将造成系统中常规火电机组被大量替代，系统转动惯量和等效规模将不断减小，电网频率稳定特性将进一步恶化。但目前还缺乏大规模常规机组被替代后，电网频率特性变化的态势预测方法以及应对措施，缺乏考虑多时间尺度的频率协同控制策略。因此需要进一步考虑计及风电、直流等发电方式的辅助调频特性，从源-网-荷的频率响应特性对系统频率进行自动调节，对电网频率态势更加精确的预测。其中电源侧的频率调节能力源于多种发电机组的一次调频动作，电网侧的频率调节能力归根于直流输电系统频率调制功能，负荷侧的频率调节能力则是负荷对频率变化响应的结果。由此可见，传统的系统频率响应模型只考虑了火电机组的调频作用，针对可再生能源并网后，系统电源组成复杂，该模型在电网频率态势在线预测中将不够全面。因此一种综合考虑火电机组、风电机组、直流调制和抽水蓄能电站在系统频率响应中的调节作用，将提高电网频率态势预测的精度，提高电力系统频率预测的能力，对于电网调度具有重要的指导意义。
技术实现思路
为解决电力电子化趋势下电网频率态势在线预测的问题，本专利技术提供了一种根据系统运行状态数据以及机组设备信息，源网荷多资源进行电网频率态势在线预测的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，包括如下步骤：(1)实时监控分析电网的运行状态，判断是否发生了功率缺额事件；(2)若电网没有发生功率缺额事件，则返回步骤(1)继续监控；若电网发生了功率缺额事件，则进入步骤(3)；(3)采集电网的运行状态数据以及各个机组的设备信息；(4)基于传统系统频率响应模型，建立考虑风电-直流辅助调频能力的电网频率态势预测聚合模型，所述电网频率态势预测聚合模型中加入风电机组的虚拟惯量调频模型、直流频率调制控制器模型，以及抽水蓄能电站的调频模型，并对各个模型中关键参数进行等值聚合；(5)根据步骤(3)中采集到的电网的功率缺额值以及相关运行数据整定电网频率态势预测聚合模型中的参数信息；(6)对所建立的电网频率态势预测聚合模型进行仿真计算或者根据模型推导所得的s域表达式给出相应运行工况下电网频率态势的在线预测结果。进一步的，所述步骤(3)中电网的运行状态数据以及各个机组的设备信息具体包括：第i台火电机组惯性时间常数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；、第j台风电机组虚拟惯性系数Hwj，虚拟阻尼系数Dwj，第k条直流输电线路的一阶惯性环节时间常数TmesRk和TmesIk，用于模拟测量引起的滞后情况，微分时间常数Twrk和Twik，用于隔离直流分量，调制增益系数KSk和KLk，滤波器时间常数Tfk、TOSk和TOLk，超前-滞后环节时间常数T0S、T1S、T2S、T3S、T4S和T0L、T1L、T2L、T3L、T4L，第m台抽水蓄能电站机组的水流惯性时间常数Twm，系统反馈时间常数Tim，调差系数δm，系统反馈系数βm和水泵模式响应调频系数KDpm。进一步的，所述步骤(4)中风电机组的虚拟惯量调频模型计及了风电机组的虚拟惯性环节，使得风电机组能够参与系统的调频任务，含风电的电力系统频率响应传递函数为：ΔPw＝ρ(2Hws+Dw)Δω(1)其中ρ为风电渗透率，Hw为聚合后风电机组的虚拟惯性系数，Dw为聚合后风电机组的虚拟阻尼系数，ΔPw为风电机组的有功功率增量，Δω为系统频率的偏移量，s为拉普拉斯变化后的复变量。进一步的，所述步骤(4)中直流频率调制控制器模型如下：直流送端系统弱，受端系统较强时，直流频率调制的系统频率响应传递函数为：ΔPd为直流系统的有功功率增量，Twr是聚合后直流系统的微分时间常数，KS是聚合后直流系统的调制增益系数，Tf是聚合后直流系统的滤波器时间常数；直流送端和受端交流系统都较弱时，直流频率调制的系统频率响应传递函数为：Twi是聚合后直流系统的微分时间常数，ΔωR为直流受端交流系统频率的偏移量，ΔωI为直流送端系统频率的偏移量，KL是聚合后直流系统的调制增益系数；对于直流受端系统而言，忽略送端系统的频率响应，即式(3)变为：进一步的，所述步骤(4)中抽水蓄能电站的调频模型如下：当抽水蓄能电站运行在发电模式时，根据其水轮机组的调速器模型，得到其系统频率响应的传递函数为：δ为聚合后抽水蓄能电站水电机组的调差系数；当抽水蓄能电站运行在水泵模式时，抽水蓄能电站相当于一个可响应系统频率变化的负荷，聚合后抽水蓄能电站水泵模式的响应调频系数为KDp，则其系统频率响应函数为：ΔPp＝KDpΔω(6)。进一步的，所述步骤(4)中关键参数的等值聚合包括以下过程：根据火电机组、风电机组和抽水蓄能电站机组的基准功率，对采集到的数据进行归化、聚合，对于电网中的N台火电机组、M台风电机组和L台抽水蓄能电站水电机组，定义火电机组的总基准功率为风电机组的总基准功率为抽水蓄能电站水电机组的总基准功率为其归化、聚合方法如下：I、D、Km、TR、R分别为聚合后火电机组惯性时间常数、阻尼常数、机械功率增益、汽轮机时间常数、一次调频系数；Hw、Dw分别为聚合后风电机组的虚拟惯性系数、虚拟阻尼系数；Tw、Ti、δ、β、KP分别为聚合后抽水蓄能电站水电机组的水流惯性时间常数、系统反馈时间常数、调差系数、系统反馈系数、负荷模式响应调频系数。进一步的，所述电网频率态势预测聚合模型公式表达如下：ΔP＝ΔPt+ΔPw+ΔPd+ΔPp(7)该式表明当功率缺额为ΔP时，火电机组、风电机组、直流调制和抽水蓄能电站根据相应的频率波动Δω分别提供有功功率增量ΔPt、ΔPw、ΔPd、ΔPp以平稳电网的频率波动。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术方法考虑到了风电机组、直流输电系统和抽水蓄能电站对于电网频率的调节作用，从源-网-荷等三个方面的频率响应特性对系统频率进行自动调节，对电网频率态势更加精确的预测。本专利技术通过实时监控采集电网运行状态数据以及机组设备信息，归化聚合，从而建立起综合考虑火电机组、风电机组、直流频率调制和抽水蓄能电站的电网频率态势预测聚合模型。该模型相对于现有的系统频率预测模型，额外考虑了风电机组和直流输电系统在系统频率调整中的作用，有助于提高电力电子化趋势下电网频率态势在线预测的精度，有利于相关人员进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n包括如下步骤：/n(1)实时监控分析电网的运行状态，判断是否发生了功率缺额事件；/n(2)若电网没有发生功率缺额事件，则返回步骤(1)继续监控；若电网发生了功率缺额事件，则进入步骤(3)；/n(3)采集电网的运行状态数据以及各个机组的设备信息；/n(4)基于传统系统频率响应模型，建立考虑风电-直流辅助调频能力的电网频率态势预测聚合模型，所述电网频率态势预测聚合模型中加入风电机组的虚拟惯量调频模型、直流频率调制控制器模型，以及抽水蓄能电站的调频模型，并对各个模型中关键参数进行等值聚合；/n(5)根据步骤(3)中采集到的电网的功率缺额值以及相关运行数据整定电网频率态势预测聚合模型中的参数信息；/n(6)对所建立的电网频率态势预测聚合模型进行仿真计算或者根据模型推导所得的s域表达式给出相应运行工况下电网频率态势的在线预测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
包括如下步骤：
(1)实时监控分析电网的运行状态，判断是否发生了功率缺额事件；
(2)若电网没有发生功率缺额事件，则返回步骤(1)继续监控；若电网发生了功率缺额事件，则进入步骤(3)；
(3)采集电网的运行状态数据以及各个机组的设备信息；
(4)基于传统系统频率响应模型，建立考虑风电-直流辅助调频能力的电网频率态势预测聚合模型，所述电网频率态势预测聚合模型中加入风电机组的虚拟惯量调频模型、直流频率调制控制器模型，以及抽水蓄能电站的调频模型，并对各个模型中关键参数进行等值聚合；
(5)根据步骤(3)中采集到的电网的功率缺额值以及相关运行数据整定电网频率态势预测聚合模型中的参数信息；
(6)对所建立的电网频率态势预测聚合模型进行仿真计算或者根据模型推导所得的s域表达式给出相应运行工况下电网频率态势的在线预测结果。


2.根据权利要求1所述的考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中电网的运行状态数据以及各个机组的设备信息具体包括：第i台火电机组惯性时间常数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；、第j台风电机组虚拟惯性系数Hwj，虚拟阻尼系数Dwj，第k条直流输电线路的一阶惯性环节时间常数TmesRk和TmesIk，用于模拟测量引起的滞后情况，微分时间常数Twrk和Twik，用于隔离直流分量，调制增益系数KSk和KLk，滤波器时间常数Tfk、TOSk和TOLk，超前-滞后环节时间常数T0S、T1S、T2S、T3S、T4S和T0L、T1L、T2L、T3L、T4L，第m台抽水蓄能电站机组的水流惯性时间常数Twm，系统反馈时间常数Tim，调差系数δm，系统反馈系数βm和水泵模式响应调频系数KDpm。


3.根据权利要求1所述的考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中风电机组的虚拟惯量调频模型计及了风电机组的虚拟惯性环节，使得风电机组能够参与系统的调频任务，含风电的电力系统频率响应传递函数为：
ΔPw＝ρ(2Hws+Dw)Δω(1)
其中ρ为风电渗透率，Hw为聚合后风电机组的虚拟惯性系数，Dw为聚合后风电机组的虚拟阻尼系数，ΔPw为风电机组的有功功率增量，Δω为系统频率的偏移量，s为拉普拉斯变化后的复变量。


4.根据权利要求1所述的考虑风电-直流辅助调频的电网频率态势在线预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中直流频率调制控制器模型如下：
直流送端系统弱，受端系统较强时，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：党杰，徐友平，王斌，李小平，潘晓杰，王莹，王玉坤，汤奕，张慕婕，杨丹，边宏宇，周悦，刘静，李刚，饶渝泽，
申请(专利权)人：国家电网公司华中分部，东南大学，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，国网湖北省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42