电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质，首先通过小扰动注入方式向电力系统注入正弦扰动功率，其扰动源可以是储能、光伏/风电机组等多种形式，得到扰动注入处频率响应，依据频率响应传递函数相关特征给出了系统等效惯量和调频能力评估框架，并根据有功扰动量、频率波动量与阻抗之间的关系，构建了阻抗与频率响应特性的数学关系，进而提出一种基于阻抗的非侵入式系统/设备的等效惯量和调频能力的评估方法，该方法有助于电网运行调度人员实时掌握当前系统的等效惯量水平和调频能力，辨识出惯量和调频能力薄弱节点或区域，为惯量和调频能力的精细化调控提供基础，进而有效提升电力系统非同步电源的极限承载能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质


[0001]本专利技术涉及电力系统运行控制
，特别是一种电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质。

技术介绍

[0002]在化石能源不断枯竭以及碳排放要求愈发苛刻的趋势下，以常规同步电源为主导的电力系统正逐步向风、光等非同步电源为主导的电力系统演变。电力系统作为碳排放的主要贡献者，为实现“双碳目标”，意味着未来几十年，世界各国需要陆续关停一大批化石能源电源。因此，基于电力电子换流器接口的风电、光伏等非同步电源的接入数量和容量在未来仍将保持快速增长。由于非同步电源与电网频率相互解耦，在有功扰动下不能主动为系统提供惯量支撑，这将导致电力系统惯量水平降低、恶化系统抗扰动能力和频率稳定问题，给低惯量电力系统的安全稳定运行带来了前所未有的挑战。
[0003]当前电力系统惯量和调频能力评估主要以依赖于大扰动事件离线评估和基于PMU量测数据的系统在线辨识为主，该类方法普遍存在着精度低、数据需求量大、鲁棒性差、难以适用于正常状态和小扰动分析、不能有效反映
‘
源
‑
网
‑
荷
‑
储
’
多样化虚拟惯量资源对系统惯量和调频能力的贡献等问题。因此，如何准确获取正常运行工况下系统等效惯量水平以及各电源节点的调频能力并以此为依据开展电力系统惯量与调频能力精细化调控，提前通过制定预防及紧急控制策略增强电网抵御直流闭锁、新能源脱网等大容量有功冲击的能力仍是未来低惯量电力系统面临的一个重要挑战。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种无需依赖于大扰动事件，只需依据阻抗响应就可等效表征系统频率响应特性的电力系统等效惯量评估方法、系统、存储介质。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种电力系统等效惯量评估方法，其包括以下步骤：S1、在电力网络中任一节点处向电力系统注入不同频率的功率扰动信号，根据傅里叶变换，获取扰动功率注入点PCC处频率响应传递函数FR(s)；或者，利用阻抗响应等效表征电力系统频率响应传递函数FR(s)；其中，P0为正常运行情况下非同步电源输出功率；P
m
、分别为有功扰动余弦项的幅值与相角，f
r
为有功扰动的扰动频率；S2、获取所述响应传递函数FR(s)的伯德图，进而依据伯德图谐振点和直流增益K
DC_gain
得到电力系统等效惯量水平。
[0006]本专利技术利用系统已有储能设备或风电/光伏等新能源机组，采用合适的控制方式，向系统注入正弦有功扰动，得到系统频率响应特性，提出了基于系统频率响应的电力系统等效惯量的评估框架，并在此基础上构建了基于扰动注入点阻抗响应的非侵入式系统等效
频率响应模型，从而无需大扰动事件或PMU等量测数据进行参数辨识就可实现对系统等效惯量水平和各类型电源机组调频能力的评估，为低惯量电力系统的惯量和调频能力的精细化优化调控提供基础，从而尽可能避免直流闭锁、新能源脱网等大容量有功冲击因系统惯量水平和调频能力不足等引发的系统不稳定问题，为低惯量电力系统的安全稳定运行提供有力保障。
[0007]步骤S1中，采用非同步电源向电力系统注入余弦扰动有功功率，即注入不同频率的功率扰动信号；其中余弦扰动有功功率的扰动注入源为双环控制结构，其中双环控制结构外环采用定功率控制，具体控制模型表示为：，；内环采用定电流控制，具体控制模型表示为：i
d
(s)=H
i
(s)i
dref
，同时锁相环采用q轴锁相实现，输出角度与输入q轴电压的关系表示为：，其中P
ref
为扰动输入功率参考值，i
dref
和i
qref
分别为d轴和q轴电流参考值，H
i
(s)和H
PLL
(s)分别为电流控制环和锁相环传递函数，；U1为扰动源并网处电网电压，u
sd
为扰动源并网处电网电压d轴分量，u
sq
为扰动注入源并网处电网电压q轴分量，为扰动源并网处电网电压角度变化量（将输入电压就通过PI控制器，即可得到电网电压的实时角度）。
[0008]步骤S1中所采用的基于新能源或储能等基于电力电子接口的非同步电源作为功率扰动源，对于当前新能源和储能设备接入不断增加的“双高”电力系统而言，可以很灵活的设置扰动注入点，同时由于电力电子变流器的灵活可控性，极易修改其控制策略，从而实现向待测系统注入所需要的正弦有功扰动量。
[0009]步骤S1中，经傅里叶变换获取的扰动功率注入点PCC处频率响应传递函数FR(s)表达式为：，其中；、分别为扰动注入点PCC处频率f(t)和有功扰动P(t)在扰动频率f
r
下对应的傅里叶分量；，f0为正常运行情况下电力系统额定频率（50/60Hz），f
m
和为扰动注入点PCC处频率余弦项的幅值和相角； P
m
、分别为有功扰动余弦项的幅值与相角。
[0010]步骤S1中，利用阻抗响应等效表征电力系统频率响应传递函数FR(s)时，频率响应传递函数FR(s)的表达式为：；；；其中，；Z
qd
(s)为扰动注入点处的dq域下电力系统的q轴和d轴之间的耦合阻抗；H
i
(s)和H
PLL
(s)分别为电流控制环和锁相环传递函数，；u
sd
为扰动源并网处电网电压d轴分量；f
PLL_BW
为锁相环带宽；j为复数域中虚数单位。
[0011]本专利技术利用有功扰动量、频率波动量与阻抗以及换流器控制框图之间的耦合关系，得到了基于阻抗的频率响应特性数学表达式，从而将评估系统/设备的等效惯量和调频能力转化为获取系统阻抗响应，因此无需大扰动事件或PMU等量测数据进行参数辨识就可
实现对系统等效惯量水平和各类型电源机组调频能力的可靠评估，为电力系统惯量和调频能力的精细化调控提供基础，有效提升电力系统非同步电源的极限承载能力。
[0012]步骤S2中，电力系统等效惯量水平H
sys
的具体确定过程包括：根据和，即得到电力系统等效惯量水平H
sys
；S
sys
为电力系统额定容量；其中，C
H
为电力系统惯量表征的等效电容。在本步骤中，结合步骤S1中所获取电力系统频率响应FR(s)谐振点，巧妙的将电力系统惯量表征为等效电容C
H
，进而结合系统参数和谐振频率求得等效电容C
H
，计算过程简单，计算结果可靠。
[0013]步骤S2中，还包括：通过K
DC_gain
间接表明电力系统调频能力，即电力系统准稳态频率频移表示为：；为系统不平衡有功功率。在本步骤中，结合步骤S1中所获取电力系统频率响应FR(s)直流增益，得到了基于直流增益的电力系统调频能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统等效惯量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在电力网络中任一节点处向电力系统注入不同频率的功率扰动信号，则t时刻功率扰动信号为，根据傅里叶变换，获取扰动功率注入点PCC处频率响应传递函数FR(s)；或者，利用阻抗响应等效表征电力系统频率响应传递函数FR(s)；其中，P0为正常运行情况下非同步电源输出功率；P
m
、分别为有功扰动余弦项的幅值与相角，f
r
为有功扰动的扰动频率；S2、获取所述响应传递函数FR(s)的伯德图，进而依据伯德图谐振点和直流增益K
DC_gain
得到电力系统等效惯量水平。2.根据权利要求1所述的电力系统等效惯量评估方法，其特征在于，步骤S1中，采用非同步电源向电力系统注入余弦扰动有功功率，即注入不同频率的功率扰动信号；其中余弦扰动有功功率的扰动注入源为双环控制结构，其中双环控制结构外环采用定功率控制，具体控制模型表示为：，；内环采用定电流控制，具体控制模型表示为：i
d
(s)=H
i
(s)i
dref
；锁相环采用q轴锁相实现，输出角度与输入q轴电压的关系表示为：，其中P
ref
为扰动输入功率参考值，i
dref
和i
qref
分别为d轴和q轴电流参考值，H
i
(s)和H
PLL
(s)分别为电流控制环和锁相环传递函数，，U1为扰动注入源并网处电网电压，u
sd
为扰动源并网处电网电压d轴分量，u
sq
为扰动源并网处电网电压q轴分量。3.根据权利要求1所述的电力系统等效惯量评估方法，其特征在于，步骤S1中，经傅里叶变换获取的扰动功率注入点PCC处频率响应传递函数FR(s)表达式为：，其中；和分别为扰动注入点PCC处频率f(t)和有功扰动P(t)在扰动频率f
r
下对应的傅里叶分量；，f0为正常...

【专利技术属性】
技术研发人员：文云峰，张武其，郭威，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：