适用于现代大电网频率响应的时域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响应的时域解析方法与系统，在经典系统频率响应模型的基础上，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；再根据实测大电网的动态和稳态数据，唯一确定通用频率响应模型的所有参数；最后通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。本发明专利技术可适用于包含火电、水电、新能源发电等多种类型电源的现代电网，不仅可提高大电网系统频率响应计算的准确性，还可以快速而准确地计算电网发生不同大小功率扰动时的系统频率响应动态过程，解析过程简单、快速，在大电网频率安全分析和控制领域具有广泛的应用前景和工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】
适用于现代大电网频率响应的时域解析方法与系统
本专利技术涉及智能电网
，尤其是包含了火电、水电、新能源发电的现代大电网的频率安全分析与控制技术，具体而言涉及一种适用于包含了火电、水电、新能源发电的现代大电网频率响应的时域解析方法与系统。
技术介绍
频率是大电网运行的核心指标，对电网和用户具有特别重要的影响。大电网频率取决于电源与负荷的实时平衡。传统以水火电源为主时，调节能力强，频率安全能够得到充分保障。由于我国电网的一次能源分布不均，远距离交直流输电和大规模新能源发电的比例迅速提升。然而，远距离跨区域输电时有故障发生，新能源则具有随机性和间歇性，导致电源的可控性下降，从而大幅度增加了电力供需瞬时平衡难度，频率安全问题日益严峻，成为大电网安全运行亟需解决的问题。为了应对频率安全风险，首要任务是快速、准确的计算功率缺额造成的大电网频率响应，以此才能制定相应调频措施。目前对于系统频率响应的确定方法主要有全状态时域仿真法、线性化模型分析法、人工智能法以及单机等值模型法等。全状态时域仿真法虽然原理清楚、应用普遍，但受制于全网模型的准确性，其对动态频率的预测精度难以提高；线性化模型分析法是在全状态模型法的基础上对模型进行了部分的线性化，同样依赖于全网模型的准确性；人工智能法的准确性依赖于大量的实测数据，目前在实际电网中难以推广应用；单机等值模型简洁，被广泛应用于低频减载的整定、系统频率安全性评估等领域，但经典系统频率响应模型仅适用于火力发电系统，对于目前包含了火电、风电以及新能源发电的现代大电网频率响应来说，应用存在局限性。
技术实现思路
针对现有频率响应计算方法快速性与精确性难以协调的不足，本专利技术提出一种适用于现代大电网频率响应的时域解析方法与系统，既可以适用于含有火电、水电、新能源发电等多种类型电源的现代电网，又可以快速而准确地计算电网发生不同大小功率扰动时的系统频率响应动态过程，从而利于针对电网波动进行频率控制。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种含有火电、水电、新能源发电的现代大电网频率响应的时域解析方法，包括以下步骤：步骤1、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2、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3、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。在本专利技术第一方面的基础上，还提出一种现代大电网频率响应的时域解析系统，包括：用于在经典系统频率响应模型的基础上，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的模块；用于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的模块；用于通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析的模块。在本专利技术第一方面的基础上，还提出一种现代大电网频率响应的时域解析系统，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的现代大电网频率响应的时域解析方法的过程。由以上本专利技术的技术方案，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响应的解析方法，能够通用于包含火电、水电、新能源发电等多种类型电源的大电网，相对于传统的经典模型SFR的计算过程来说，由于传统SFR模型针对于火电发电的电网系统，通过本专利技术的处理可提高大电网系统频率响应计算的准确性；而传统基于详细模型仿真得到的频率响应，计算速度慢，参数(例如发电机，电网、负荷等)太多，参数确定比较难，本专利技术的大电网频率响应的解析过程确定参数少，计算准确；(2)本专利技术提出的大电网频率响应的解析计算方法，整个计算过程只要确定出模型参数和解析公式后，就可以快速(计算时间近零)而准确的计算电网发生不同功率扰动时的频率动态响应过程，解析过程比较简单，快速，在大电网频率安全分析和控制领域具有广泛的应用前景和工程实用价值。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为本专利技术适用于现代大电网频率响应的时域解析方法的实现流程图；图2是本专利技术的一个实施例的IEEE10机39节点算例系统结构图，其中母线31、32、33、37对应的发电机组为水电机组，母线30、34对应的发电机组为双馈型风电机组，母线35、36、38、39对应的发电机组为火电机组。图3是算例系统发生5％功率缺额时，实际频率响应曲线与本专利技术所述频率响应解析公式计算结果对比图。图4是算例系统发生2.5％功率缺额时，实际频率响应曲线与本专利技术所述频率响应解析公式计算结果对比图。图5是算例系统发生7.5％功率缺额时，实际频率响应曲线与本专利技术所述频率响应解析公式计算结果对比图。图6是华东电网实测频率响应曲线与本专利技术所述频率响应解析公式计算结果对比图。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。结合图示，根据本专利技术公开的实施例的适用于包含了火电、水电、新能源发电的现代大电网频率响应的时域解析方法，包括以下步骤：步骤1、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2、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3、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。具体地，所述步骤1中，在经典系统频率响应模型的基础上，建立适用于大电网的通用频率响应模型，包括：步骤11、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响应的时域解析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、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；/n步骤2、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；/n步骤3、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于现代大电网频率响应的时域解析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、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2、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3、通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析。


2.根据权利要求1所述的适用于现代大电网频率响应的时域解析方法，其特征在于，在经典系统频率响应模型的基础上，建立适用于大电网的通用频率响应模型，包括：
步骤11、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，△Pm为电网功率的缺额；△f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△f与电网功率扰动△Pd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。


3.根据权利要求2所述的适用于现代大电网频率响应的时域解析方法，其特征在于，所述根据实测大电网的动态和稳态数据，唯一确定通用频率响应模型的所有参数，包括：
步骤21：根据实测大电网的稳态数据，即其中的稳态功率扰动△Pd∞和稳态频率偏差△f∞，
获得所述大电网通用频率响应模型G(s)中的系数A3；



步骤22：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总量。


4.根据权利要求3所述的适用于现代大电网频率响应的时域解析方法，其特征在于，所述通过拉普拉斯反变换，获得大电网频率响应的时域解析，包括：
步骤31：对大电网功率缺额△Pd(t)进行拉普拉斯变换，获得大电网系统频率响应的复频域表达：









式中，ε(t)为单位阶跃函数；
步骤32：对△f(s)进行拉普拉斯逆变换，获得系统频率响应的时域解析公式△f(t)：



式中，C0、C1、C2、T1、T2、ω2、θ为大电网系统频率响应的复频域表达的参数，由拉普拉斯逆变换计算获得，t为时间。


5.一种适用于现代大电网频率响应的时域解析系统，其特征在于，包括：
用于在经典系统频率响应模型的基础上，构建适用于包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩洪兴，鞠平，熊浩，秦川，付伟，江叶峰，周航，张振华，梁文腾，罗凯明，刘林，
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