提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略技术方案

本发明专利技术公开了一种提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制，将本地测量频率曲线二次导数零点依次连接，得到分段线性曲线，近似代替系统惯性中心频率曲线；如果测得的二次导数为零点的频率与系统额定频率的差值绝对值超过设定的频率事件启动阈值，则判断发生频率事件，若小于阈值，返回测量本地频率；发生频率事件后，估算系统惯性中心频率变化率；结合上次频率扰动后评估的系统等值惯量估算系统功率缺额；根据新能源装机容量与系统总装机容量的比值安排新能源机组承担系统的功率缺额或盈余，为交流系统提供频率支撑；本发明专利技术所提供的附加功率控制策略具有无通讯估算系统惯性中心频率、计算简单、响应迅速等优点。响应迅速等优点。响应迅速等优点。

【技术实现步骤摘要】
提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略


[0001]本专利技术属于电力系统控制
，具体涉及一种提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略。

技术介绍

[0002]近年来，新能源发电以清洁、可再生等优势得到了大力发展，新能源电力系统占比日益提高；然而，电力电子换流器型电源与系统频率间缺乏耦合，难以在系统受扰后为其提供功率支撑；随着传统同步电源被换流器型电源逐步替代，电力系统惯量水平日益下降，系统动态过程中频率变化快、易超出规定频率波动范围；因此，高比例新能源电力系统具有低惯量特点，如何保证该系统的频率稳定成为挑战。
[0003]有许多学者对提升系统频率稳定的换流器控制进行了研究，大体分为两类：下垂控制与虚拟同步控制；这两种控制策略都存在一定的局限性：
[0004]1、下垂控制仅在系统频率偏移较大时才能提供较强的功率支撑；
[0005]2、虚拟同步控制继承了同步发电机的机电暂态特性，如何匹配虚拟惯量与虚拟阻尼等控制参数以抑制系统的机电振荡成为难点；
[0006]3、多个虚拟同步机的接入使得电网动态特性愈加复杂，不利于虚拟同步控制的分析与设计；
[0007]4、这两类频率控制器的设计都基于暂态频率的变化，无法利用换流器的快速功率调制，导致在扰动初期，频率变化迅速，频率偏移较大，暂态频率稳定性问题无法较好得到解决。

技术实现思路

[0008]本专利技术克服了现有技术存在的不足，提供了一种提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，该策略可以估算出系统的不平衡功率，从而快速调节换流器功率，为交流系统提供频率支撑，该策略原理清晰，控制逻辑简单，且无需通讯。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，包括以下步骤：
[0011]S1、根据本地测量频率信号获得整个系统惯量中心(center of inertia，COI)频率的分段线性近似，测量PCC点的频率f
PCC
；
[0012]S2、如果步骤S1得到的f
PCC
与系统额定频率的差值绝对值超过设定的频率事件启动阈值，则判断发生频率事件，执行步骤S3，若小于阈值，则返回步骤S1；
[0013]S3、计算f
PCC
二阶差值序列，估算系统COI频率变化率；
[0014]S4、结合上次频率扰动后评估的系统等值惯量估算系统功率缺额；
[0015]S5、根据新能源装机容量与系统总装机容量的比值安排新能源机组承担系统的功率缺额或盈余，为交流系统提供频率支撑。
[0016]具体的，步骤S2中，对步骤S1测量得到的f
PCC
进行如下计算：
[0017]|f
PCC
‑
f
n
|＞Δf
set
[0018]其中，f
n
为系统额定频率；Δf
set
为频率事件启动阈值。
[0019]具体的，步骤S3中，系统COI频率变化率可按下式估算：
[0020][0021]其中，f
COI
为系统COI频率估计值；f
PCC1
和f
PCC2
分别为频率事件后PCC测量频率第1次和第2次二阶导数变号时的值，t1和t2分别为对应时刻。
[0022]具体的，步骤S4中，系统不平衡功率ΔP计算公式如下：
[0023][0024]其中，H
sys
为系统等值惯量。
[0025]进一步的，系统惯量水平的估算式如下：
[0026][0027]其中，H
sys
为系统等值惯量；ΔP
G
为发电机总出力变化；H
G
为系统同步惯量。
[0028]进一步的，系统同步惯量H
G
和发电机总共的出力变化ΔP
G
可按下式计算得到：
[0029][0030]其中，H
i
为第i台发电机的惯量常数；ΔP
Gi
为第i台发电机的出力变化。
[0031]第i台发电机的出力变化如下：
[0032][0033]其中，Δ表示变化量；P
Gi
为第i台发电机出力；f
i
为第i台发电机的频率。
[0034]具体的，步骤S5中，新能源的出力指令值为：
[0035][0036]其中，P
inv
和分别为逆变站功率外环控制的指令值与参考值，K
r
为新能源装机容量与系统装机容量之比。
[0037]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
[0038]本专利技术提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，仅通过新能源接入逆变站PCC点的频率数据快速估计频率事件中交流系统的不平衡功率，有利于在频率事
故初期迅速估算出不平衡功率并改变换流器出力。
[0039]进一步的，利用同步惯量和系统功率变化间接估算系统的惯量水平，避免了较为复杂的负荷与新能源惯量评估，计算简单。
[0040]进一步的，基于本地测量频率估计系统COI频率，无需通讯设备，避免了测量系统惯性中心频率的集中式方法中存在的可靠性和通讯延时的问题，有利于快速计算。
[0041]综上所述，本专利技术控制策略具有无通讯估算系统COI频率、计算简单、响应迅速等优点。
附图说明
[0042]下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。
[0043]图1为本专利技术控制策略的流程图；
[0044]图2为本地频率拐点检测流程图；
[0045]图3为测试的新能源电力系统示意图；
[0046]图4为图3中6号结点吸收功率突增0.4p.u.时系统的动态过程的仿真图，其中，(a)为仿真结果一，(b)为仿真结果二，(c)为仿真结果三。
[0047]图5为图3中5号结点消纳功率骤减0.6p.u.时系统的动态过程的仿真图，其中，(a)为仿真结果一，(b)为仿真结果二，(c)为仿真结果三。
具体实施方式
[0048]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0049]本专利技术提出了基于本地测量的系统COI频率估算方法，给出了系统等值惯量的估算方法，将两者结合快速计算出系统动态过程中的不平衡功率，进而利用新能源的快速调节能力为交流系统提供功率支撑。
[0050]请参阅图1，提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，包括以下步骤：
[0051]S1、估算系统COI频率；
[0052]由于系统COI频率曲线经过本地测量频率曲线的二次导数零点，因此将本地测量频率曲线二次导数零点依次连接，得到的分段线性曲线可以近似代替系统COI频率曲线；本地频率拐点检测方法请参阅图2。
[0053]S2、判断步骤S1中估算到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据本地测量频率信号获得整个系统惯量中心(center of inertia，COI)频率的分段线性近似，测量PCC点的频率f
PCC
；S2、若步骤S1得到的f
PCC
与系统额定频率的差值绝对值超过设定的频率事件启动阈值，则判断发生频率事件，执行步骤S3，若小于阈值，则返回步骤S1；S3、计算f
PCC
二阶差值序列，估算系统COI频率变化率；S4、结合上次频率扰动后评估的系统等值惯量估算系统功率缺额；S5、根据新能源装机容量与系统总装机容量的比值安排新能源机组承担系统的功率缺额或盈余，为交流系统提供频率支撑。2.根据权利要求1所述的提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，其特征在于，步骤S1中，将本地测量频率曲线二次导数零点依次连接，得到分段线性曲线近似代替系统COI频率曲线。3.根据权利要求1所述的提升高比例新能源电力系统频率稳定性的协同控制策略，其特征在于，步骤S3中，系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军六，李佳朋，唐震，潘捷，郝丽花，李宇骏，薛志伟，孟涛，芦晓辉，南晓强，黄苏雷，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：