适用于现代大电网频率安全指标的解析方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种适用于现代大电网频率安全指标的解析方法与系统，首先构建适用于含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型，并通过参数辨识和拉普拉斯反变化，获取大电网频率响应的时域解析；基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标；以及基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值与大电网的等效惯量、等效阻尼系数以及发电机等效调频系数的影响关系。本发明专利技术提出的大电网频率安全指标的解析方法，可以快速计算电网在不同大小功率扰动下的多种关键频率安全指标，且具有较高的计算精度，并基于获得各个指标的关键影响因素，可为频率控制策略的合理制定提供依据。

【技术实现步骤摘要】
适用于现代大电网频率安全指标的解析方法与系统
本专利技术涉及智能电网领域，尤其是大电网频率安全分析与控制技术，具体涉及一种适用于现代大电网频率安全指标的解析方法与系统。
技术介绍
由于一次能源分布不均、环境要求较高，我国电网中远距离交直流输电和大规模新能源发电比例不断提升。新能源发电的波动性显著增加了电源与负荷实时平衡的难度，容易导致弃风、弃光。而跨区域输电距离远、容量大，沿线自然环境复杂，自然灾害引起的故障停运概率增大。由此造成的大功率缺失将引发频率大幅度波动，显著增加大面积停电风险。为了应对频率安全风险、制定相应频率控制策略，需要快速、准确地计算初始频率变化率、频率最值等关键频率安全指标，并分析各个频率安全指标与电网惯量、阻尼、发电机调频系数等影响因素之间的协调关系，获得各种指标的关键影响因素。目前，系统频率安全指标的计算主要基于详细或者简化模型进行时域仿真获得，在实际应用时精确性和快速性难以协调。现有技术文献：专利文献1：CN105162164A一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有技术中大电网频率调控的准确性和时效性存在的问题与缺陷，提出一种适用于包含有火电、水电、新能源发电的现代大电网频率安全指标的解析方法与系统，在现代大电网频率响应的解析的基础上，提出了大电网频率安全指标的近似解析方法，可以快速计算各种频率安全指标，从而可以分析各个指标与影响因素之间的协调关系，掌握其主要影响因素，为频率控制策略的合理制定提供依据。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，包括以下步骤：步骤1、构建适用于包含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型，并通过参数辨识和拉普拉斯反变化，获取大电网频率响应的时域解析；步骤2、基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值；以及步骤3、基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值与大电网的等效惯量、等效阻尼系数以及发电机等效调频系数的影响关系。优选地，所述步骤1的具体实现包括以下步骤：步骤11、在经典系统频率响应模型的基础上，构建适用于含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型；步骤12、根据实测大电网的动态和稳态数据，唯一确定所述的通用频率响应模型的所有参数；步骤13、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。优选地，所述基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值，包括：按动态过程的时间顺序，获取四个频率安全指标为：(1)初始频率变化率S0，即系统受扰动后1秒内频率变化的下降量；(2)频率最值fm，即频率在响应过程中的极值，即最小值或最大值；式中，f0为电网未发生功率扰动时的初始稳态频率，Tm为频率最值的发生时刻；(3)恢复时间Tr，即从扰动开始，直到频率仅在预定小范围内所需的时长；Tr≈T2ln(5000|ΔPd|C2)(4)频率恢复值f∞，即频率达到稳态后的值。f∞≈f0+ΔPdC0。优选地，基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系如下：初始变化率S0的关键影响因素为电网等效惯量H和等效阻尼系数KD，且H的影响大于KD；频率最值fm的关键影响因素为KD和KG，且KD的影响大于KG；恢复时间Tr的关键影响因素为KD，与H和KG关系不大；频率恢复值f∞的关键影响因素为KD和KG，且两者对f∞的影响大致相等。根据本专利技术第一方面的改进的适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，本专利技术还提出一种适用于现代大电网频率安全指标的解析系统，包括：用于构建适用于大电网的通用频率响应模型，并通过参数辨识和拉普拉斯反变化，获取大电网频率响应的时域解析的模块；用于基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值的模块；以及用于基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系的模块，所述关系包括初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值与大电网的等效惯量、等效阻尼系数以及发电机等效调频系数的影响关系。根据本专利技术第一方面的改进的适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，本专利技术还提出一种适用于现代大电网频率安全指标的解析系统，包括：一个或多个处理器；存储器，存储可被操作的指令，所述指令在通过所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括执行前述解析处理的过程。由以上技术方案，通过本专利技术所构思的技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术提出的大电网频率安全指标的解析方法，可以快速计算电网在不同大小功率扰动下的多种关键频率安全指标，且具有较高的计算精度；(2)本专利技术提出的大电网频率安全的解析分析方法，基于频率安全指标近似解析计算公式，通过灵敏度法可以有效分析频率安全指标与电网等效惯量、等效阻尼、发电机等效调频系数等影响因素之间的协调关系，获得各个指标的关键影响因素，为频率控制策略的合理制定提供依据。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是为本专利技术的现代大电网频率安全指标的解析方法的实现流程图。图2为本专利技术所提出的获取大电网频率响应的时域解析表达的实现流程图；具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图1所示示例性实施例的适用于包含有火电、水电、新能源发电的现代大电网频率安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、构建适用于包含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型，并通过参数辨识和拉普拉斯反变化，获取大电网频率响应的时域解析；/n步骤2、基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值；以及/n步骤3、基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值与大电网的等效惯量、等效阻尼系数以及发电机等效调频系数的影响关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、构建适用于包含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型，并通过参数辨识和拉普拉斯反变化，获取大电网频率响应的时域解析；
步骤2、基于大电网频率响应的时域解析，获取频率安全指标，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值；以及
步骤3、基于灵敏度法获取各频率安全指标与关键影响因素的关系，即初始频率变化率、频率最值、恢复时间以及频率恢复值与大电网的等效惯量、等效阻尼系数以及发电机等效调频系数的影响关系。


2.根据权利要求1所述的适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现包括以下步骤：
步骤11、在经典系统频率响应模型的基础上，构建适用于含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型；
步骤12、根据实测大电网的动态和稳态数据，唯一确定所述的通用频率响应模型的所有参数；
步骤13、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。


3.根据权利要求2所述的适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，其特征在于，所述在经典系统频率响应模型的基础上，构建适用于含有火电、水电、新能源发电的大电网的通用频率响应模型，包括：
在经典系统频率响应模型SFR的基础上，采用标准的二阶传递函数Gm(s)替代经典系统频率响应模型SFR原动机及调速器等效模型，以适用于含有火电、水电、新能源发电的大电网；其中标准的二阶传递函数的表达如下：



式中，a0、a1、b0、b1为标准的二阶传递函数的系数，ΔPm为电网功率的缺额；Δf为电网频率响应，s为拉普拉斯算子；
步骤12、得到大电网通用频率响应模型G(s)，也即电网频率响应Δf与电网功率扰动ΔPd之间的通用传递函数：



式中，A0、A1、A2、A3、B0、B1为大电网通用频率响应模型G(s)的系数，H为电网等效惯量，D为电网等效阻尼系数，KG为发电机等效调频系数。


4.根据权利要求3所述的适用于现代大电网频率安全指标的解析方法，其特征在于，所述根据实测大电网的动态和稳态数据，唯一确定所述的通用频率响应模型的所有参数，包括：
首先，获取大电网实际的功率缺额大小，以固定的采样间隔获取实际的频率数据，即稳态数据和动态数据，并进行标幺化处理；
然后，根据实测大电网的稳态数据，即其中的稳态功率扰动ΔPd∞和稳态频率偏差Δf∞，获得所述大电网通用频率响应模型G(s)中的系数A3；



最后，根据实测的大电网的动态数据，即功率扰动和频率响应的动态数据，采用最小二乘法来估计大电网通用频率响应模型G(s)中的其余的系数θ，获得：



θ＝[A0，A1，A2，B0，B1]T
式中，下标c表示采用通用频率响应模型G(s)计算所得频率动态响应数据，下标a表示实测所得即功率扰动和频率响应数据，N表示实测所得即功率扰动和频率响应数据的点数。

【专利技术属性】
技术研发人员：江叶峰，秦川，熊浩，鞠平，付伟，韩洪兴，张振华，梁文腾，周航，罗建裕，陆晓，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32