一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，首先，建立包括传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节的新能源电力系统频率响应模型；其次，对新能源电力系统频率响应模型进行模型降维，得到低阶的新能源电力系统频率响应模型；最终，以低阶的新能源电力系统频率响应模型对频率稳定性进行分析，实现对新能源电力系统频率稳定性的快速评估。本发明专利技术充分考虑了新能源多调频资源的灵活控制潜质，可实现频率响应高维模型稳定性和动态特性的快速分析，对提高新能源电力系统运行稳定性具有深远意义。高新能源电力系统运行稳定性具有深远意义。高新能源电力系统运行稳定性具有深远意义。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法


[0001]本专利技术涉及电力系统频率稳定分析领域，尤其涉及一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法。

技术介绍

[0002]建设发展新能源电力系统是实现双碳目标的重要保障，是应对全球气候变化和履行国际承诺的重要措施，对推动我国能源结构调整、增加能源供应、保障能源安全具有重要意义。随着风电和光伏等新能源主动参与电力系统频率的调整，新能源电力系统中包含风电、光伏、火电机组和水电机组等多类型典型元素。水电机组调速器和原动机构成的原动系统出现负阻尼，在水电占比较高区域引发频率振荡，对系统频率稳定造成影响。以变流器为接口的新能源暂态过程中存在多时间尺度交织、离散事件，连续过程中存在混合、控制策略主导等特征，使得模型高阶分析困难，主导极点难以分辨。
[0003]现有考虑新能源参与调频的系统频率响应模型，通常对新能源调频环节进行简化和等值，以此来减小模型维数，提升计算效率。新能源集中式和分布式并举的建设趋势，导致了新能源电力系统中存在多种不同频率响应动态特性的调频资源，运用传统等值方式带来的模型误差不容忽视。
[0004]新能源主动频率控制是提升大功率缺额下系统频率稳定性的重要途径，现有的研究未涉及到含多种调频资源的新能源电力系统频率稳定分析方法，鲜有研究考虑到不同调频资源动态特性的差异，如何实现新能源电力系统频率稳定的快速分析是有待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种能够有效地判断新能源电力系统频率稳定和分析频率动态变化的新能源电力系统频率稳定快速分析方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，包括以下步骤：步骤1：建立包括传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节的多类型调频资源的新能源电力系统频率响应模型；步骤2：对步骤1中建立的新能源电力系统频率响应模型进行模型降维，得到低阶的新能源电力系统频率响应模型；步骤3：根据低阶的新能源电力系统频率响应模型，对频率稳定性进行分析。
[0007]本专利技术的进一步改进在于：步骤1中建立传统发电机组频率响应环节包括获取新能源电力系统中传统发电机组类型和对应频率响应参数，其中，传统发电机组类型至少包含火电机组和水电机组中的一种。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：步骤1中，风电场频率响应环节采用综合惯性控制，传递函数满足以下公式：
式中：为风电场的有功变化量；为风电场的角频率变化量；为风电场虚拟惯性系数；为风电场下垂系数；为风电场功率控制系统的调频控制指令下发至逆变器的所需时间；为风电场逆变器的执行时间；S为复频域；光伏电站频率响应环节采用下垂控制，传递函数满足以下公式：式中：为光伏电站的有功变化量；为光伏电站的角频率变化量；为光伏电站调差系数；为光伏电站功率控制系统的调频控制指令下发至逆变器的所需时间；为光伏电站逆变器执行的所需时间。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：所述步骤1中建立包含多类型调频资源的新能源电力系统频率响应模型的具体步骤为：传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节乘以各发电单元占所有电源出力的比例系数，将所有调频资源的频率响应环节并联，作为新能源电力系统模型的负反馈，构成新能源电力系统频率响应模型，新能源电力系统频率响应模型满足以下公式：式中：为新能源电力系统的角频率变化量；为新能源电力系统的有功变化量；H为发电机的惯性时间常数；D为系统阻尼系数。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1，将步骤1所建立的新能源电力系统频率响应模型转化为状态空间方程，满足以下公式：满足以下公式：式中：为间n维状态向量，为n维状态向量的微分，为q维控制输入向量，为p维输出向量，A为系统矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，D1为直传矩阵；步骤2.2，计算新能源电力系统的可控格兰姆矩阵P和可观格兰姆矩阵Q，表达式为：为：式中：为系统矩阵的转置，为输入矩阵的转置，为输出矩阵的转置；
步骤2.3，对可控格兰姆矩阵P和可观格兰姆矩阵Q进行Cholesky分解，表达式为：步骤2.3，对可控格兰姆矩阵P和可观格兰姆矩阵Q进行Cholesky分解，表达式为：式中：表示可控格兰姆矩阵P的Cholesky分解；表示可控格兰姆矩阵P的Cholesky分解的转置；表示可观格兰姆矩阵Q的Cholesky分解；表示可观格兰姆矩阵Q的Cholesky分解的转置；步骤2.4，对进行奇异值分解：式中：U是酉矩阵；Σ是半正定对角矩阵；是不同阶酉矩阵；步骤2.5，计算平衡变化矩阵：步骤2.5，计算平衡变化矩阵：式中：是可控格兰姆矩阵P的Cholesky分解后的平衡变化矩阵；是可观格兰姆矩阵Q的Cholesky分解后的平衡变化矩阵；步骤2.6，对状态空间矩阵进行平衡变换：式中：表示平衡变换后的系统矩阵，表示平衡变换后的输入矩阵，表示平衡变换后的输出矩阵，表示平衡变换后的直传矩阵，是的转置；步骤2.7，根据预期模型阶数，对平衡变换后的状态空间矩阵进行截断，计算模型降维后新能源电力系统的状态空间方程，将模型降维后新能源电力系统的状态空间方程转化为传递函数：式中：表示新能源电力系统状态空间方程的传递函数；，，分别是传递函数分子0阶，m
‑
1阶和m
‑
2阶的系数；
，
分别是传递函数分母0阶，n
‑
1阶的系数，、分别是分子的m阶和分母的n阶。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：步骤3具体步骤为：计算步骤2中低阶新能源电力系统频率响应模型的系统极点，表达式为：根据系统极点位置判断新能源电力系统频率的稳定性，当且仅当全部系统极点在
复平面左半平面时，新能源电力系统稳定；选取距离虚轴最近的共轭复根作为主导极点，通过主导极点在复平面位置及其阻尼比分析频率动态特性，虚部越大，阻尼比越小，新能源电力系统频率稳定性越弱。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法通过建立包含传统发电机组、风电场和光伏电站等元素的新能源电力系统频率响应模型，对模型进行降维处理后求解计算系统极点，以此进行频率稳定分析，实现对新能源电力系统频率稳定性的快速评估。本专利技术充分考虑了新能源多调频资源的灵活控制潜质，可实现频率响应高维模型稳定性和动态特性的快速分析，对提高新能源电力系统运行稳定性具有深远意义。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所提方法实现的流程图；图2为本专利技术实施例采用的新能源电力系统频率响应模型；图3为本专利技术中新能源电力系统频率响应模型时域仿真曲线。
具体实施方式
[0014]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立包括传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节的新能源电力系统频率响应模型；步骤2：对步骤1中建立的新能源电力系统频率响应模型进行模型降维，得到低阶的新能源电力系统频率响应模型；步骤3：根据低阶的新能源电力系统频率响应模型，对频率稳定性进行分析。2.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，其特征在于：所述步骤1中，建立传统发电机组频率响应环节包括获取新能源电力系统中传统发电机组类型和对应频率响应参数，其中，传统发电机组类型至少包含火电机组和水电机组中的一种。3.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，其特征在于：所述步骤1中，风电场频率响应环节采用综合惯性控制，传递函数满足以下公式：式中：为风电场的有功变化量；为风电场的角频率变化量；为风电场虚拟惯性系数；为风电场下垂系数；为风电场功率控制系统的调频控制指令下发至逆变器的所需时间；为风电场逆变器执行的所需时间；S为复频域；光伏电站频率响应环节采用下垂控制，传递函数满足以下公式：式中：为光伏电站的有功变化量；为光伏电站的角频率变化量；为光伏电站调差系数；为光伏电站功率控制系统的调频控制指令下发至逆变器的所需时间；为光伏电站逆变器执行的所需时间。4.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，其特征在于：所述步骤1中建立包括传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节的新能源电力系统频率响应模型的具体步骤为：传统发电机组频率响应环节、风电场频率响应环节和光伏电站频率响应环节乘以各发电单元占所有电源出力的比例系数，将所有调频资源的频率响应环节并联，作为新能源电力系统模型的负反馈，构成新能源电力系统频率响应模型，新能源电力系统频率响应模型满足以下公式：式中：为新能源电力系统的角频率变化量；为新能源电力系统的有功变化量；H为发电机的惯性时间常数；D为系统阻尼系数；S为复频域。5.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统频率稳定快速分析方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1，将步骤1所建立的新能源电力系统频率响应模型转化为状态空间方程，满足
以下公式：以下公式：式中：为n维状态向量，为n维状态向量的微分，为q维控制输...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴剑丰，阎诚，万磊，汤奕，钱俊良，周吉，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：