一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法技术

本发明专利技术公开了一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法，包括，根据含风电并网的多机电力系统，设定用于定量计算低电压穿越过程中关键频率特征的频率稳定指标；确定频率稳定指标与风电容量占比关系；基于频率稳定指标以及系统对最低点及变化率关键频率特征的限制，确定共同约束，建立可定量计算低电压穿越场景下的系统风电最大渗透率的优化模型，通过求解该优化模型获取该场景下满足频率稳定约束的风电最大。基于频率稳定指标及其临界值约束，可计算得到风电渗透率上限；通过较为准确的模型求解得到风电最大渗透率，避免时域仿真分析；针对低穿场景进行风电最大渗透率评估，更适用于未来高比例风电系统，更利于风电机组在电网中发展。风电机组在电网中发展。风电机组在电网中发展。

【技术实现步骤摘要】
一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法


[0001]本专利技术涉及电力系统风电消纳能力评估的
，尤其涉及一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法。

技术介绍

[0002]随着新能源渗透率逐渐提高，大量新能源机组替代原系统中同步机组时，会导致系统调频能力下降，在功率扰动下可能会出现频率失稳的问题。因此，有必要研究频率稳定约束条件下系统新能源最大渗透率，即承载能力，为实际运行提供理论支撑。
[0003]从频率稳定约束角度对新能源承载能力进行了研究，通常是将最低点和变化率等关键频率特征作为频率稳定的判断指标。目前已有很多研究针对系统受到有功阶跃扰动下的系统频率特征进行量化分析，而在未来高比例新能源电力系统中，相较于机组脱网，可能故障后机组进入低穿的情况更为常见，例如《风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电》已对故障后风电场的低穿能力提出了明确的要求。且由于故障切除后有功缓慢恢复，故造成的有功扰动形式并非通常研究中所采用的功率阶跃。若忽视恢复过程对频率的影响，仍用阶跃扰动下的指标去评估此时系统的频率最低点和变化率，势必会造成评估结果过于保守，基于该结果去约束新能源的接入容量，不利于新能源在系统中的进一步发展。
[0004]为了进一步的接入新能源，大多研究都是定性分析了通过对新能源附加调频控制可以提升承载能力或者为了提升承载能力需要提升系统的调频能力，但缺少定量的分析计算，不利于实际电力系统应用。
[0005]因此，有必要去研究考虑低电压穿越场景的频率稳定指标约束的风电最大渗透率定量计算方法。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述现有低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术目的是提供一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：根据含风电并网的多机电力系统，设定用于定量计算低电压穿越过程中关键频率特征的频率稳定指标；
[0010]其中，所述频率稳定指标包括最低点ω
nadir
和变化率
[0011]确定所述频率稳定指标与风电容量占比关系；以及，
[0012]基于所述频率稳定指标以及系统对最低点及变化率关键频率特征的限制，确定共同约束，建立可定量计算低电压穿越场景下的系统风电最大渗透率的优化模型，通过求解
该优化模型获取该场景下满足频率稳定约束的风电最大，并采用采用双层循环优化的方法来求解风电承载能力。
[0013]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述含风电并网的多机电力系统中发电设备包括同步机、风电机组，系统中最大有功扰动由风电机组低穿造成；
[0014]所述有功扰动包括功率扰动，在所述低电压穿越过程给系统造成的所述功率扰动为：
[0015][0016]其中，t0为故障发生时刻，可令t0＝0，P0为故障清除时刻，P0为故障瞬间风机低穿带来的功率缺额，P0＝P
N
，P
N
为风电机组故障前处于正常运行状态的有功输出值，k为故障切除后风电机组的有功固定的恢复速率。
[0017]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述关键频率包括系统频率最低点ω
nadir
和变化率可用如下公式表示：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]其中，α为评估低电压穿越过程系统频率最低点的频率稳定指标，J
z
为低电压穿越过程中变化率的频率稳定指标，e为自然常数，ζ为系统的阻尼比，n
t
为整数，一般取值为3，J
u,sum
、D
u,sum
和分别为系统总的惯量系数、阻尼系数和调差系数，其与系统中参与调频的发电设备的容量、数量和种类有关，J
ui,SG
、D
ui,SG
和分别为同步机的惯量系数、阻尼系数和调差系数，J
ui,WTG
、D
ui,WTG
和分别为风电机组的惯量系数、阻尼系数和调差系
数，J
ui,ED
、D
ui,ED
和分别为等效设备的惯量系数、阻尼系数和调差系数。
[0026]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：评估所述低电压穿越过程系统频率最低点和变化率的频率稳定指标都是关于所述风电渗透率λ的函数，分别记为α(λ)、J
z
(λ)，公式为：
[0027][0028]其中，J
u,sum
(λ)、D
u,sum
(λ)和和ζ(λ)都是风电容量占比λ的函数；
[0029]当所述风电渗透率λ增大时，则相同扰动下所述频率稳定指标变差；
[0030]当所述风电渗透率λ过大时，则所述系统频率最低点ω
nadir
和所述变化率会超出所述频率稳定指标的限制，存在频率失稳风险。
[0031]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述α
min
和J
z_min
为频率稳定指标临界值，具体公式如下：
[0032][0033]其中，Δω
nadir,max
和分别为电网允许的频率最低点和平均变化率变化的最大幅值。
[0034]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述风电最大渗透率的模型如下：
[0035]maxλ
[0036]s.t.α(λ)≥α
min
[0037]J
z
(λ)≥J
z_min
[0038]0＜λ＜1
[0039]其中，α
min
和J
z_min
为频率稳定指标临界值。
[0040]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述双层循环包括内循环和外循环。
[0041]其中，所述内循环包括求解任一占比下系统强度指标，所述外循环为求解风电最大渗透率。
[0042]作为本专利技术所述低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法的一种优选方案，其中：所述内循环和所述外循环的操作步骤如下：
[0043]给定系统风电初始渗透率和发电设备参数，求解该风电渗透率下频率稳定指标；
[0044]判断上述步骤所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法，其特征在于：包括，根据含风电并网的多机电力系统，设定用于定量计算低电压穿越过程中关键频率特征的频率稳定指标；其中，所述频率稳定指标包括最低点ω
nadir
和变化率确定所述频率稳定指标与风电容量占比关系；以及，基于所述频率稳定指标以及系统对最低点及变化率关键频率特征的限制，确定共同约束，建立可定量计算低电压穿越场景下的系统风电最大渗透率的优化模型，通过求解该优化模型获取该场景下满足频率稳定约束的风电最大，并采用采用双层循环优化的方法来求解风电承载能力。2.如权利要求1所述的低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法，其特征在于：所述含风电并网的多机电力系统中发电设备包括同步机、风电机组，系统中最大有功扰动由风电机组低穿造成；所述有功扰动包括功率扰动，在所述低电压穿越过程给系统造成的所述功率扰动为：其中，t0为故障发生时刻，可令t0＝0，P0为故障清除时刻，P0为故障瞬间风机低穿带来的功率缺额，P0＝P
N
，P
N
为风电机组故障前处于正常运行状态的有功输出值，k为故障切除后风电机组的有功固定的恢复速率。3.如权利要求1所述的低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法，其特征在于：所述关键频率包括系统频率最低点ω
nadir
和变化率可用如下公式表示：可用如下公式表示：可用如下公式表示：可用如下公式表示：可用如下公式表示：可用如下公式表示：可用如下公式表示：
其中，α为评估低电压穿越过程系统频率最低点的频率稳定指标，J
z
为低电压穿越过程中变化率的频率稳定指标，e为自然常数，ζ为系统的阻尼比，n
t
为整数，一般取值为3，J
u,sum
、D
u,sum
和分别为系统总的惯量系数、阻尼系数和调差系数，其与系统中参与调频的发电设备的容量、数量和种类有关，J
ui,SG
、D
ui,SG
和分别为同步机的惯量系数、阻尼系数和调差系数，J
ui,WTG
、D
ui,WTG
和分别为风电机组的惯量系数、阻尼系数和调差系数，J
ui,ED
、D
ui,ED
和分别为等效设备的惯量系数、阻尼系数和调差系数。4.如权利要求1所述的低穿场景下频率稳定约束的风电最大渗透率量化方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琛，辛焕海，黄伟，花赟玥，程旻，张雯欣，谢一工，陈可欣，张丹，曾丕江，剡文林，刘旭斐，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：