考虑一次调频和下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑同步发电机一次调频和新能源机组下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法，其具体步骤如下：首先确定系统受扰前频率值f

【技术实现步骤摘要】
考虑一次调频和下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种考虑同步发电机组一次调频以及新能源机组下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法。
技术介绍
为解决日益增长的能源危机以及环境污染问题，实现能源转型，大量新能源机组如光伏、风电不断接入电网，替代了传统的同步发电机发电。然而，新能源机组通过电力电子器件接入电网，无法直接提供惯性支撑，导致系统惯性水平显著降低，容易引发严重的频率稳定性问题。因此，为保证可再生能源系统稳定运行，有必要研究建立有效的频率控制体系。其中，准确估计新能源电力系统的惯量是实现频率稳定性控制的首要任务。近年来，针对新能源电力系统的惯量估计已有大量研究。然而，现有的研究方法中既没有考虑同步发电机组一次调频的影响，也未考虑新能源发电机组的下垂控制的作用。鉴于一次调频和下垂控制在新能源电力系统频率稳定控制中的作用越来越重要，忽略其影响必将导致系统惯量估计出现较大偏差。因此，必须充分考虑一次调频以及下垂控制的影响，寻求一种更加精确的新能源电力系统惯量估计方法，这对提高电力系统频率稳定性，保证系统安全可靠的运行具有重要作用。
技术实现思路
为更加精确地估计新能源电力系统的惯量，本专利技术提出了一种考虑了同步机一次调频以及新能源机组下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法。该方法仅需要新能源电力系统受扰后的负荷频率响应数据，就可以在考虑到一次调频和下垂控制的影响下准确实时地估计出新能源电力系统的惯量值。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：考虑一次调频和下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法，具体步骤如下:步骤1：确定新能源电力系统受扰动前频率值fn、受扰动前时间点tn，受扰动后频率最低点fnadir、受扰动后时间点tnadir和频率恢复值fre、频率恢复时间点tre；步骤2：初始化迭代频率fr和迭代频率步长Δfd，其中fr＝fnadir+Δfd，Δfd∈[0，fre-fnadir]；步骤3：当fr小于fre时执行以下计算：在时间区间[tn,tre]内分别确定频率下降阶段和频率恢复阶段中频率值为fr的时刻tde和tin，读取这两个时间点总负荷的有功功率PΣL以及系统频率变化率步骤4：在考虑了同步发电机组的一次调频以及新能源机组的下垂控制的影响后，利用惯量估计公式得到频率为fr时的新能源电力系统惯量观测值He：其中，为tde时刻的负荷总有功功率和频率变化率，为tin时刻的负荷总有功功率和频率变化率；步骤5：令fr＝Δfd+fr，继续迭代计算新能源电力系统的惯量观测值，直到不满足迭代条件fr＜fre为止，跳出迭代运算；步骤6：分析得到的所有惯量估计观测值，计算其平均值作为新能源电力系统的最终惯量估计值Hest＝avg(He)。步骤3中在频率下降阶段和恢复阶段确定tde和tin的原则如(2)所示:fde＝fin＝fr(2)其中，fde、fin分别为频率下降阶段和频率上升阶段中频率为fr的频率，tde和tin为对应这两个频率的时刻。惯量估计公式的推导过程如下：对三个时间点拓展含有新能源出力形式的转子运动方程，并两两进行差值运算得到：其中，是tnadir时刻的同步发电机总有功出力、新能源机组总有功出力；是tde时刻的同步发电机总有功出力和新能源机组总有功出力；是时刻tin的同步发电机总有功出力和新能源机组总有功出力；是时刻tnadir的负荷总有功以及频率变化率；同步机组的一次调频和新能源机组的下垂控制的原理相似，在[tn,tre]时间区间中的频率下降阶段和频率恢复阶段，考虑同步发电机组一次调频出力变化分别如(5)，(6)所示；同样，考虑新能源机组下垂控制的出力变化分别如(7)，(8)所示：其中，KSG为同步发电机的一次调频系数；KRE为新能源机组的下垂控制系数；分别将式(5)-(8)代入式(3)和(4)，得到(9)和(10)：将(9)，(10)相加，最终得到考虑同步机一次调频以及新能源下垂控制影响的电力系统惯量估计表达式(1)。本专利技术的方法首先需要确定系统受扰动前频率值fn、受扰动前时间点tn、受扰后频率最低点fnadir、受扰动后时间点tnadir和频率恢复值fre、频率恢复时间点tre；对迭代频率以及迭代频率步长进行初始化，其中，fr＝fnadir+Δfd，且Δfd∈[0,fre-fnadir]。开始进行以下循环：判断此时的fr是否小于fre。如是，则分别在频率下降阶段和频率恢复阶段找到频率值等于fr的时间点tde和tin，读取这两个时间点总负荷的有功功率PΣL以及系统频率变化率通过本专利技术所提出的考虑同步机一次调频以及新能源机组下垂控制影响的惯量估计表达式，得到在频率fr下的惯量观测值He；令fr＝Δfd+fr，继续进行迭代运算，直到不满足计算条件fr＜fre为止，跳出运算；分析得到的所有惯量估计观测值，以其平均值作为最终的新能源电力系统惯量估计值Hest＝avg(He)。本专利技术仅需要知道系统受到扰动后负荷的频率响应数据，就可以在考虑了同步机组一次调频以及新能源机组下垂控制的影响下，精确、实时地估计新能源电力系统的惯量，为后续的频率稳定控制分析奠定基础。附图说明图1是本专利技术所述方法的流程图。图2是IEEE-39节点系统的算例拓扑图。图3是算例中系统受扰后的频率响应曲线。图4是计算得到的新能源电力系统惯量观测图。具体实施方式下面利用算例仿真对本专利技术进一步说明。如图1所示，为考虑了同步机一次调频以及新能源机组下垂控制影响的新能源发电机组惯量估计方法流程图，其具体步骤如下：步骤1：首先确定新能源电力系统受扰动前频率值fn、受扰动前时间点tn，受扰动后频率最低点fnadir、受扰动后时间点tnadir和频率恢复值fre、频率恢复时间点tre；步骤2：初始化迭代频率fr和迭代频率步长Δfd，其中fr＝fnadir+Δfd，Δfd∈[0,fre-fnadir]；步骤3：当fr小于fre时执行以下计算：在时间区间[tn,tre]内分别确定频率下降阶段和频率恢复阶段中频率值为fr的时刻tde和tin，读取这两个时间点总负荷的有功功率PΣL以及系统频率变化率步骤4：根据本专利技术所提出的考虑同步机一次调频以及新能源机组下垂控制影响的惯量估计公式：得到在频率fr下的新能源电力系统惯量观测值He。其中，为tde时刻的负荷总有功功率以及频率变化率，为tin时刻的负荷总有功功率以及频率变化率。步骤5：令fr＝Δfd+fr，继续迭代计算新能源电力系统的惯量观测值，直到不满足迭代条件fr＜fre为止，跳出迭代运算；步骤6：将得到的所有新能源电力系统惯量观测值进行分析，计算其平均值作为最后的惯量估计值Hest＝a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑一次调频和下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法，其特征在于：具体步骤如下:/n步骤1：确定新能源电力系统受扰动前频率值f

【技术特征摘要】
1.考虑一次调频和下垂控制影响的新能源电力系统惯量估计方法，其特征在于：具体步骤如下:
步骤1：确定新能源电力系统受扰动前频率值fn、受扰动前时间点tn，受扰动后频率最低点fnadir、受扰动后时间点tnadir和频率恢复值fre、频率恢复时间点tre；
步骤2：初始化迭代频率fr和迭代频率步长Δfd，其中fr＝fnadir+Δfd，Δfd∈[0，fre-fnadir]；
步骤3：当fr小于fre时执行以下计算：在时间区间[tn,tre]内分别确定频率下降阶段和频率恢复阶段中频率值为fr的时刻tde和tin，读取这两个时间点总负荷的有功功率PΣL以及系统频率变化率
步骤4：在考虑了同步发电机组的一次调频以及新能源机组的下垂控制的影响后，利用惯量估计公式得到频率为fr时的新能源电力系统惯量观测值He：



其中，为tde时刻的负荷总有功功率和频率变化率，为tin时刻的负荷总有功功率和频率变化率；
步骤5：令fr＝Δfd+fr，继续迭代计算新能源电力系统的惯量观测值，直到不满足迭代条件fr＜fre为止，跳出迭代运算；
步骤6：分析得到的所有惯量估计观测值，计算其平均值作为新能源电力系统的最终惯量估计值Hest＝avg(He)。


2.如权利要求1所述的新能源电力系统惯量估计方法，其特征在于：步骤3中在频率下降阶段和恢复阶段确定tde和tin的原则如(2)所示:
fd...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松浩，孟倩戎，郝治国，赵一铭，李子昂，张保会，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61