一种考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法，具体包括以下步骤：步骤1：获取指定电力系统的新能源装机容量，同步发电机装机容量，同步机的惯性时间常数以及系统一次调频能力；步骤2：利用已知拓扑下的电网数据结合频率变化率约束和频率最低点约束系统按照如下公式获得频率稳定的最小惯量需求参数；步骤3：根据最小惯量需求参数按照如下公式构建惯量可行区间；步骤4根据惯量可行区间按照如下公式获得功率缺额时频率稳定性与虚拟惯量需求之间的关联关系；本发明专利技术基于频率变化率约束和频率最低点约束获得系统的最小惯量，构造考虑新能源渗透率的惯量可行区间。构造考虑新能源渗透率的惯量可行区间。构造考虑新能源渗透率的惯量可行区间。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法


[0001]本专利技术涉及电力系统频率响应领域，特别是涉及考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法问题。

技术介绍

[0002]随着新能源的渗透率不断提高，越来越多的电力电子元件接入电力系统，与传统的电力系统不同的是，高比例电力电子元件不具备惯性。当大规模新能源替代电力系统中的同步机组，系统的整体惯性也会降低，这会导致系统的调频能力也相对减弱，不利于电力系统在大扰动下的频率稳定性。储能技术的发展，使得电能的时空特性解耦，其快速充放电的特性，配合电力电子元件，可构成虚拟同步机，进而为系统提供虚拟惯量，系统的总惯量水平的提升，可增强整体的频率稳定性。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术的不足，本专利技术主要研究考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法，通过配合储能系统，将不具有惯量响应特性的新能源改造为虚拟同步机，进而在动态频率响应过程中，提供系统所需的最小惯量，阻尼大扰动下频率的跌落，以防跌落超过频率最低点，触发频率安全第三道防线低频减载。
[0004]本专利技术采用如下技术方案予以实施：
[0005]一种考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法，所述虚拟管理配置方法是基于惯量响应频率控制模型根据动态频率响应过程的频率变化率约束和频率最低点约束实现虚拟惯量需求输出，具体包括以下步骤：
[0006]步骤1：获取指定电力系统的新能源装机容量，同步发电机装机容量，同步机的惯性时间常数以及系统一次调频能力；
[0007]步骤2：利用已知拓扑下的电网数据结合频率变化率约束和频率最低点约束系统获得频率稳定的最小惯量需求参数；
[0008]步骤3：根据最小惯量需求参数按照如下公式构建惯量可行区间；
[0009]M
sys
+M
w
+M
PV
+M
e
≥M
min
[0010]式中，M
sys
是同步发电机的惯量水平，单位为MWs；M
w
是风电机的虚拟惯量水平；M
PV
是光伏发电的虚拟惯量水平；M
e
是储能系统的虚拟惯量水平；
[0011]步骤4根据惯量可行区间按照如下公式获得功率缺额时频率稳定性与虚拟惯量需求之间的关联关系：
[0012][0013]式中，f
N
和Δf(t)分别为系统额定频率和频率波动值；D为负荷频率响应系数；P
G
(t)为系统一次频率响应功率；P
mec
(t)为系统的机械功率；P
ele
(t)为系统的电磁功率。
[0014]进一步，步骤2中最小惯量需求参数按照如下公式获得；
[0015][0016]式中，ΔP
max
为最大功率扰动，RoCoF
max
为最大频率变化速度。
[0017]有益效果
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术基于频率变化率约束和频率最低点约束获得系统的最小惯量，构造考虑新能源渗透率的惯量可行区间，将系统内的惯量支撑元件的惯量互相耦合，从而全局地判断系统的安全水平以及需要提供的最小惯量支撑。
[0020]2、本专利技术根据动态频率响应特性，将虚拟同步机应用于频率控制的三道防线中，给出考虑动态频率响应的虚拟惯量配置方法。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0022]图1是本专利技术中频率响应特性示意图；
[0023]图2是本专利技术中惯量和频率控制结构示意图；
[0024]图3是本专利技术中频率变化率与惯量水平的对应关系图表；
[0025]图4是本专利技术中频率最低点与惯量水平的关系图表；
[0026]图5是本专利技术中惯量可行区间；
[0027]图6是本专利技术中惯量灵敏度分析；
[0028]图7是不同功率缺额对系统频率的影响图表。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]正如
技术介绍
所介绍的，现有技术往往仅考虑频率变化率约束，结果可能过于乐观，且未能直观的给出系统中所有的惯量之间的耦合特性，本专利技术基于频率变化率约束和频率最低点约束，给出最小惯性需求，构造惯量可行区间，方便调度人员预先准备系统稳定所需惯量。
[0032]该专利技术核心内容可归结如下：
[0033](1)分析考虑频率变化率和频率最低点约束以及一次调频的最小惯量需求，构造考虑所有惯量支撑元件的系统惯量可行区间；
[0034](2)综合考虑系统的惯量响应阶段和频率响应阶段，针对虚拟同步机在频率安全防御三道防线中的响应特性，并结合惯量可行区间，给出虚拟惯量配置方法。
[0035]考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法，具体可分为以下几块内容：
[0036](1)提出一种考虑系统动态频率响应特性的最小惯量估计方法，理论推导风电并网系统以及储能并网系统的等值惯性时间常数，构建满足系统频率稳定性的惯量安全区间。
[0037](2)基于惯量安全区间，理论推导出功率缺额时频率稳定性与虚拟惯量之间的关联关系。
[0038]如图1～图5所示，为更好的介绍本专利技术提出的虚拟惯量配置方法，下文分别介绍最小惯性需求的求解和惯性可行区间构造两个环节。
[0039]1、最小惯性需求
[0040]电力系统的惯性支撑可减缓系统频率变化速度，而系统的惯性通常用系统惯量来描述，采用能量形式表示如下：
[0041]E
sys
＝E
SG
+E
VSG
ꢀꢀ
(1)
[0042]式中，E
sys
为系统总惯量水平；E
SG
为同步机惯量，是由同步机提供的实时自发且无延时的惯量支撑；E
VSG
为虚拟同步机惯量，通过虚拟同步机技术实现。
[0043]为描述系统的频率响应过程，可用系统等值的转子运动方程来描述：
[0044][0045]式中，f
N
和Δf(t)分别为系统额定频率和频率波动值；D为负荷频率响应系数；P
G
(t)为系统一次频率响应功率；P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑动态频率响应过程的虚拟惯量配置方法，其特征在于，所述虚拟管理配置方法是基于惯量响应频率控制模型根据动态频率响应过程的频率变化率约束和频率最低点约束实现虚拟惯量需求输出，具体包括以下步骤：步骤1：获取指定电力系统的新能源装机容量，同步发电机装机容量，同步机的惯性时间常数以及系统一次调频能力；步骤2：利用已知拓扑下的电网数据结合频率变化率约束和频率最低点约束系统获得频率稳定的最小惯量需求参数；步骤3：根据最小惯量需求参数按照如下公式构建惯量可行区间；M
sys
+M
w
+M
PV
+M
e
≥M
min
式中，M
sys
是同步发电机的惯量水平，单位为MWs；M
w
是风电机的虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂红，王世斌，曾沅，田旭，刘飞，秦超，张海宁，张祥成，任郡枝，李积泰，刘联涛，彭飞，秦绪武，梁国勇，陈雪，王文昌，权慧娟，刘安誉，
申请(专利权)人：天津大学国网青海省电力公司，
类型：发明
国别省市：