虚拟同步新能源有功-频率控制方法、系统设备和介质技术方案

本发明专利技术提供了一种虚拟同步新能源有功

【技术实现步骤摘要】
虚拟同步新能源有功
‑
频率控制方法、系统设备和介质


[0001]本专利技术属于电力系统有功功率与频率控制
，具体涉及一种虚拟同步新能源有功
‑
频率控制方法、系统设备和介质。

技术介绍

[0002]随着新能源渗透率的不断提高和相应的同步发电机组的退出，新能源参与多时间尺度的有功平衡和频率稳定的优化控制，是目前新能源并网技术的研究热点。有功
‑
频率控制作为电网安全稳定运行的前提，目前多采用同步电源作为调节资源，以应对新能源持续的出力不确定性，实现新能源的消纳、负荷需求的满足。
[0003]但传统的新能源并网方式不能主动参与电网的有功平衡和频率控制，并且随着新能源渗透率的提高，电力系统惯性、一次和二次调频资源以及可靠备用电源的减少，给电力系统频率稳定带来严重挑战，对电力系统的整体安全可靠性造成影响。因此，需要提出一种新的电网有功平衡和频率的控制方法。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种虚拟同步新能源有功
‑
频率控制方法，包括：
[0005]获取电网中同步发电机和新能源的参数；
[0006]基于所述参数，利用虚拟同步机，计算电网故障后使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值；
[0007]基于所述参数，利用预先建立的电网二次调频优化模型，计算使电网达到有功平衡的电网的调度参考值；
[0008]基于所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行一次调频，并在电网恢复频率稳定后基于所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行二次调频；
[0009]其中，所述虚拟同步新能源，通过虚拟同步机将新能源进行虚拟同步化得到。
[0010]优选的，所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，包括虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数；
[0011]所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，包括电网的二次调频积分系数和电网的二次调频参与因子；所述基于所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行一次调频，并在电网恢复频率稳定后基于所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行二次调频，包括：
[0012]基于虚拟惯性时间常数进行虚拟同步新能源的自发控制，并基于虚拟同步新能源的一次调频调差系数对电网中虚拟同步新能源进行一次调频，基于同步发电机的一次调频
调差系数对电网中同步发电机进行一次调频；
[0013]当一次调频使电网恢复频率稳定后，基于电网的二次调频积分系数得到二次调频的响应功率，并通过电网的二次调频参与因子，将所述二次调频的响应功率分配到各虚拟同步新能源和同步发电机中进行二次调频。
[0014]优选的，所述基于所述参数，利用虚拟同步机，计算电网故障后使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，包括：
[0015]基于所述参数和预先确定的电网的传递函数，利用虚拟同步机，在预设的所有频率控制性能指标范围内，计算虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数；
[0016]其中，所述电网的传递函数，包括惯性及一次调频频率响应的传递函数和二次调频频率响应的传递函数。
[0017]优选的，所述基于所述参数和预先确定的电网的传递函数，利用虚拟同步机，在预设的所有频率控制性能指标范围内，计算虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数，包括：
[0018]基于电网中同步发电机的参数，利用频率控制性能指标的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的等效惯性时间常数和等效一次调频调差系数；
[0019]基于电网中同步发电机的参数、虚拟同步新能源的参数和所述电网的等效惯性时间常数确定虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数；
[0020]基于网中同步发电机的参数计算同步发电机的一次调频调差系数，并基于电网中同步发电机的参数、虚拟同步新能源的参数和电网的等效一次调频调差系数确定虚拟同步新能源的一次调频调差系数；
[0021]基于所述电网的等效惯性时间常数、等效一次调频调差系数、电网中同步发电机的参数和虚拟同步新能源的参数，利用二次调频频率响应的传递函数，在二次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的二次调频积分系数；
[0022]其中，所述频率控制性能指标的时域表达式，通过将设定的同步发电机的控制参数值，代入到惯性及一次调频频率响应的传递函数中确定。
[0023]优选的，所述频率控制性能指标，包括电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率、一次调频阶段稳态时间和二次调频阶段稳态时间；所述基于电网中同步发电机的参数，利用频率控制性能指标的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的等效惯性时间常数和等效一次调频调差系数，包括：
[0024]利用电网故障后瞬间频率变化率幅值的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值的范围内，确定电网的等效惯性时间常数的取值范围；
[0025]利用惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量的时域表达式，在预设的惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量的范围内，确定电网的等效一次调频调差系数的取值范围；
[0026]基于所述电网的等效惯性时间常数的取值范围和所述电网的等效一次调频调差系数的取值范围，利用一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的时域表达式，在预设的一次调频阶段稳态频率的范围和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定所述电网的等效惯性时间常数的取值和电网的等效一次调频调差系数的取值。
[0027]优选的，电网的传递函数的确定，包括：
[0028]对多台同步发电机进行电压相量合成计算，得到等效电压相量；
[0029]基于所述等效电压相量、同步发电机和负荷，构建频率稳定性范畴下的电网等效模型；
[0030]基于所述电网等效模型，依据惯性及一次调频频率响应与同步发电机的控制参数的对应关系，确定惯性及一次调频频率响应的传递函数和二次调频频率响应的传递函数。
[0031]优选的，所述虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数，按下式计算：
[0032][0033]式中，H
eq
为电网的等效惯性时间常数，H
Gi
为第i台同步发电机的惯性时间常数，S
Gi
为第i台同步发电机的额定容量，N
G
为同步发电机数量，H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步新能源有功
‑
频率控制方法，其特征在于，包括：获取电网中同步发电机和新能源的参数；基于所述参数，利用虚拟同步机，计算电网故障后使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值；基于所述参数，利用预先建立的电网二次调频优化模型，计算使电网达到有功平衡的电网的调度参考值；基于所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行一次调频，并在电网恢复频率稳定后基于所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行二次调频；其中，所述虚拟同步新能源，通过虚拟同步机将新能源进行虚拟同步化得到。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，包括虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数；所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，包括电网的二次调频积分系数和电网的二次调频参与因子；所述基于所述使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行一次调频，并在电网恢复频率稳定后基于所述使电网达到有功平衡的电网的调度参考值，对电网中虚拟同步新能源和同步发电机进行二次调频，包括：基于虚拟惯性时间常数进行虚拟同步新能源的自发控制，并基于虚拟同步新能源的一次调频调差系数对电网中虚拟同步新能源进行一次调频，基于同步发电机的一次调频调差系数对电网中同步发电机进行一次调频；当一次调频使电网恢复频率稳定后，基于电网的二次调频积分系数得到二次调频的响应功率，并通过电网的二次调频参与因子，将所述二次调频的响应功率分配到各虚拟同步新能源和同步发电机中进行二次调频。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述参数，利用虚拟同步机，计算电网故障后使电网恢复频率稳定的电网的调度参考值，包括：基于所述参数和预先确定的电网的传递函数，利用虚拟同步机，在预设的所有频率控制性能指标范围内，计算虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数；其中，所述电网的传递函数，包括惯性及一次调频频率响应的传递函数和二次调频频率响应的传递函数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述参数和预先确定的电网的传递函数，利用虚拟同步机，在预设的所有频率控制性能指标范围内，计算虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数、虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数，包括：基于电网中同步发电机的参数，利用频率控制性能指标的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的等效惯性时间常数和等效一次调频调差系数；基于电网中同步发电机的参数、虚拟同步新能源的参数和所述电网的等效惯性时间常
数确定虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数；基于网中同步发电机的参数计算同步发电机的一次调频调差系数，并基于电网中同步发电机的参数、虚拟同步新能源的参数和电网的等效一次调频调差系数确定虚拟同步新能源的一次调频调差系数；基于所述电网的等效惯性时间常数、等效一次调频调差系数、电网中同步发电机的参数和虚拟同步新能源的参数，利用二次调频频率响应的传递函数，在二次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的二次调频积分系数；其中，所述频率控制性能指标的时域表达式，通过将设定的同步发电机的控制参数值，代入到惯性及一次调频频率响应的传递函数中确定。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频率控制性能指标，包括电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率、一次调频阶段稳态时间和二次调频阶段稳态时间；所述基于电网中同步发电机的参数，利用频率控制性能指标的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值、惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量、一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定电网的等效惯性时间常数和等效一次调频调差系数，包括：利用电网故障后瞬间频率变化率幅值的时域表达式，在预设的电网故障后瞬间频率变化率幅值的范围内，确定电网的等效惯性时间常数的取值范围；利用惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量的时域表达式，在预设的惯性及一次调频阶段频率峰值时的频率偏移量的范围内，确定电网的等效一次调频调差系数的取值范围；基于所述电网的等效惯性时间常数的取值范围和所述电网的等效一次调频调差系数的取值范围，利用一次调频阶段稳态频率和一次调频阶段稳态时间的时域表达式，在预设的一次调频阶段稳态频率的范围和一次调频阶段稳态时间的范围内，确定所述电网的等效惯性时间常数的取值和电网的等效一次调频调差系数的取值。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，电网的传递函数的确定，包括：对多台同步发电机进行电压相量合成计算，得到等效电压相量；基于所述等效电压相量、同步发电机和负荷，构建频率稳定性范畴下的电网等效模型；基于所述电网等效模型，依据惯性及一次调频频率响应与同步发电机的控制参数的对应关系，确定惯性及一次调频频率响应的传递函数和二次调频频率响应的传递函数。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数，按下式计算：式中，H
eq
为电网的等效惯性时间常数，H
Gi
为第i台同步发电机的惯性时间常数，S
Gi
为第i台同步发电机的额定容量，N
G
为同步发电机数量，H
Rej
为第j台虚拟同步新能源的虚拟惯性时间常数，S
Rej
为第j台虚拟同步新能源的额定容量，N
Re
为虚拟同步新能源的数量；
其中，所述第i台同步发电机的惯性时间常数H
Gi
，按下式计算：式中，J为同步发电机转动惯量，ω
mN
为同步发电机机械额定角速度。8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟同步新能源的一次调频调差系数和同步发电机的一次调频调差系数，按下式计算：式中，R
eq
为电网的等效一次调频调差系数，R
Gi
为第i台同步发电机的一次调频调差系数，N
G
为同步发电机数量，R
Rej
为第j台虚拟同步新能源的一次调频调差系数，N
Re
为虚拟同步新能源的数量。9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电网故障后瞬间频率变化率幅值，按下式确定：ROCOF
max
＝
‑
KΔP
L
×
(Aζω
n
sinβ
‑
Aω
d
cosβ)式中，ROCOF
max
为网故障后瞬间频率变化率幅值，K为第一中间系数，ΔP
L
为阶跃扰动，A为第二中间系数，ζ为阻尼系数，ω
n
为自然震荡频率，ω
d
为第三中间系数，β为第四中间系数；其中，所述第一中间系数K，按下式计算：式中，H
eq
为电网的等效惯性时间常数；所述第二中间系数A，按下式计算：式中，z1为第五中间系数；所述第五中间系数z1，按下式计算：式中，T
RH
为电网中同步发电机的再热器时间常数；所述阻尼系数ζ，按下式计算：式中，R
eq
为电网的等效一次调频调...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟超，段青，沙广林，盛万兴，史常凯，段祥骏，吴云召，张姚，王昊晴，赵彩虹，马春艳，高健，刘宁，蔺海丽，冯德志，李运硕，董增波，贾伯岩，李秉宇，杜旭浩，郭小凡，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网河北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：