一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法，根据传统惯量以及虚拟惯量大小，计算等效惯性常数；在系统等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数的基础上，引入新能源渗透率、虚拟惯量渗透率等参数，建立动态频率响应模型；考虑系统惯量水平及惯量需求的动态变化，在不同时段进行场景设置；计算扰动后的频率分布系数，考虑最大频率变化率、频率最低点以及稳态频率指标约束，以系统惯量需求最小为目标，建立电力系统惯量需求评估模型；选取频率指标约束限值，结合等效惯性常数大小，综合不同场景，求解得到惯量需求大小。本发明专利技术通过设置不同场景，采用优化方法动态评估惯量需求，提高了惯量需求评估的有效性和准确性。效性和准确性。效性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，尤其是一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法。

技术介绍

[0002]不同于传统同步系统，新型电力系统呈现出高比例新能源、高电力电子化以及低转动惯量的特点。随着大规模新能源以及电力电子装置不断接入电网，由系统惯量水平下降引起的一系列频率稳定问题也愈发突出。为探究新型电力系统惯量安全边界，保障系统在不同场景下稳定运行，对系统惯量需求进行准确评估具有重要意义。
[0003]目前系统惯量需求评估主要基于频率变化率与频率最低点约束获得，分析问题不够深入，场景设置不够灵活，考虑因素不够全面。在新型电力系统背景下，新能源渗透率随时间的不断上升必将引起系统惯量及调频参数的变化，同步惯量与虚拟惯量比例的调整使得系统频率响应过程愈发复杂，此外，系统惯量需求在不同空间维度、不同场景下也存在差异，因此需要考虑多种因素对系统惯量需求进行动态评估。

技术实现思路

[0004]针对现有惯量需求评估方法存在的以上问题，本专利技术提供一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法，首先根据传统惯量以及虚拟惯量大小，计算等效惯性常数；其次，在系统等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数的基础上，引入新能源渗透率、虚拟惯量渗透率等参数，建立动态频率响应模型；再者，考虑系统惯量水平及惯量需求的动态变化，在不同时段根据扰动类型及大小进行场景设置，包括负荷功率波动、发电机功率波动以及系统参数调整等；然后，计算扰动后的频率分布系数，考虑最大频率变化率、频率最低点以及稳态频率指标约束，以系统惯量需求最小为目标，建立新型电力系统惯量需求评估模型；最后，选取频率指标约束限值，结合等效惯性常数大小，综合不同场景，利用YALMIP/CPLEX求解得到惯量需求大小。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法，具体步骤如下：
[0007]步骤1：根据传统惯量以及虚拟惯量大小，计算等效惯性常数；
[0008]步骤2：在等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数的基础上，引入新能源渗透率、虚拟惯量渗透率，建立动态频率响应模型；
[0009]步骤3：考虑系统惯量水平及惯量需求的动态变化，在不同时段根据负荷功率波动、发电机功率波动以及参数调整情况进行场景设置；
[0010]步骤4：计算扰动后的频率分布系数，考虑最大频率变化率、频率最低点以及稳态频率指标约束，以系统惯量需求最小为目标，建立电力系统惯量需求评估模型；
[0011]步骤5：选取频率指标约束限值，结合等效惯性常数大小，求解得到惯量需求大小。
[0012]进一步地，所述步骤2中，所述虚拟惯量渗透率定义为新能源虚拟惯量大小与相同容量传统同步机惯量大小的比值：
[0013][0014]式(1)中：K
VI
为虚拟惯量渗透率，它反映了新能源系统中虚拟惯量对于同步惯量的替代程度；H
G
为同步机组惯性常数；H
VI
和S
VI
分别为虚拟惯量机组惯性常数和额定容量。
[0015]进一步地，所述步骤2中，计算考虑新能源渗透率与虚拟惯量的等效惯性常数为：
[0016]H
sys
＝H
G
[K
RE
(K
VI
‑
1)+1]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]式(2)中：H
sys
为等效惯性常数，单位为s；K
RE
为新能源渗透率。
[0018]进一步地，所述步骤2中，建立动态频率响应模型的方法如下：
[0019]首先，扰动发生后，有功功率调节以及频率变化由转子运动方程表示：
[0020][0021]式(3)中：f0为额定频率；Δf为频率偏差，其表示扰动发生后频率与额定频率的差值；
[0022]P
m
和P
d
分别为一次调频功率调整量和扰动功率；D
sys
为阻尼系数。
[0023]然后，根据等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数，建立考虑新能源渗透率以及虚拟惯量的动态频率响应模型，由式(4)描述：
[0024][0025]式(4)中：K
sys
为等效调差系数；K
G
为同步机组一次调频调差系数；T
sys
为等效一次调频响应时间常数；s为复频率变量。
[0026]进一步地，所述步骤3中，场景集合为：
[0027]U＝{u1，u2,...,u
n
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0028]式(5)中：n为场景数量，集合U中的元素表示每个场景。
[0029]进一步地，所述步骤4中，建立系统惯量需求最小化的目标函数为：
[0030][0031]式(6)中：H
d,i
为场景i下的惯量需求；H
minc,i
为场景i下的临界惯量，其表示系统在场景i时满足安全稳定运行条件的最低惯量大小，H
sys,i
为场景i下的等效惯性常数。
[0032]进一步地，所述步骤4中，建立惯量需求评估模型的最大频率变化率指标约束的方法如下：
[0033]首先，计算频率分布系数：
[0034][0035]式(7)中：a为频率分布指数；RoCoF
max,k
和RoCoF
max,coi
分别为位置k处和惯量中心处的最大频率变化率。
[0036]其次，考虑空间特性的最大频率变化率指标约束：
[0037][0038]式(8)中：P
d,i
和RoCoF
max,i
为场景i下的扰动功率和最大频率变化率；RoCoF
max,lim
为最大频率变化率约束限值。
[0039]进一步地，所述步骤4中，对扰动后频率变化进行离散化处理，利用式(9)建立惯量需求评估模型的频率偏差指标约束：
[0040][0041]式(9)中：RoCoF
i,j
和Δf
i,j
分别为场景i下j时刻的频率变化率与频率偏差；Δt为离散处理的时间间隔大小；Δf
max,lim
和Δf
min,lim
分别为频率偏差约束上下限值；D
sys,i
为场景i 下的阻尼系数。
[0042]进一步地，所述步骤4中，为避免惯量需求评估值“虚低”或“虚高”，并保证电力系统一定的安全稳定运行裕度，利用式(10)建立惯量需求评估模型的稳态频率约束：
[0043][0044]式(10)中：Δf
std,i
、K
G,i
和D
sys,i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空特性与多指标约束的电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：根据传统惯量以及虚拟惯量大小，计算等效惯性常数；步骤2：在等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数的基础上，引入新能源渗透率、虚拟惯量渗透率，建立动态频率响应模型；步骤3：考虑系统惯量水平及惯量需求的动态变化，在不同时段根据负荷功率波动、发电机功率波动以及参数调整情况进行场景设置；步骤4：计算扰动后的频率分布系数，考虑最大频率变化率、频率最低点以及稳态频率指标约束，以系统惯量需求最小为目标，建立电力系统惯量需求评估模型；步骤5：选取频率指标约束限值，结合等效惯性常数大小，求解得到惯量需求大小。2.根据权利要求1所述的电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤2中，所述虚拟惯量渗透率定义为新能源虚拟惯量大小与相同容量传统同步机惯量大小的比值：式(1)中：K
VI
为虚拟惯量渗透率，它反映了新能源系统中虚拟惯量对于同步惯量的替代程度；H
G
为同步机组惯性常数；H
VI
和S
VI
分别为虚拟惯量机组惯性常数和额定容量。3.根据权利要求2所述的电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤2中，计算考虑新能源渗透率与虚拟惯量的等效惯性常数为：H
sys
＝H
G
[K
RE
(K
VI
‑
1)+1]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中：H
sys
为等效惯性常数，单位为s；K
RE
为新能源渗透率。4.根据权利要求3所述的电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤2中，建立动态频率响应模型的方法如下：首先，扰动发生后，有功功率调节以及频率变化由转子运动方程表示：式(3)中：f0为额定频率；Δf为频率偏差，其表示扰动发生后频率与额定频率的差值；P
m
和P
d
分别为一次调频功率调整量和扰动功率；D
sys
为阻尼系数；然后，根据等效惯性常数、阻尼系数以及一次调频参数，建立考虑新能源渗透率以及虚拟惯量的动态频率响应模型，由式(4)描述：式(4)中：K
sys
为等效调差系数；K
G
为同步机组一次调频调差系数；T
sys
为等效一次调频响应时间常数；s为复频率变量。5.根据权利要求4所述的电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤3中，场景集合为：
U＝{u1，u2,...,u
n
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙谊媊，张江飞，郭小龙，袁铁江，亢朋朋，杨桂兴，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：