一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法技术方案

本发明专利技术涉及分布式光伏发电调频领域，公开了一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法。首先，建立含光伏发电的电力系统频率响应模型，并考虑通信延时的影响，基于Pade近似方法实现时滞线性化，构建系统线性状态空间模型；其次，分析大规模分布式光伏发电并网系统特性，计算大规模分布式光伏发电并网系统中表征系统稳定性的相关属性，得出电力系统稳定性评估指标；接着，运用层次分析法和熵权法分别求得主、客观权重，组合成综合权重来确定指标权重，并计算得到模糊综合评判矩阵；最后，通过模糊综合量化计算方法，得到大规模分布式光伏并网系统稳定性评估。该方法能高效准确得对系统稳定性进行量化评估，具有较高的评估科学性和准确性。评估科学性和准确性。评估科学性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法


[0001]本专利技术涉及分布式光伏发电调频领域，具体为一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法。

技术介绍

[0002]我国在满足经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电，大力发展风电、太阳能光伏发电、水电等可再生能源。光伏发电是绿色清洁能源，符合我国提出的能源转型发展方向，光伏发电在未来有望成为保证我国能源供应安全目标的主力。
[0003]传统电力系统的频率主要由同步机转子的转速决定，当系统出现扰动使频率发生波动时，转子自身的旋转惯量发挥作用，为系统提供有功功率支撑，调节频率偏差，抑制电网频率波动。光伏发电系统通过电力电子设备接入电网，其自身不具备一次调频能力，不能主动响应系统频率响应。随着分布式光伏发电的大规模接入，同步机所占比例减小，电力系统抵御扰动的能力大大降低，频率稳定性变差，必将对电网的安全稳定运行造成威胁。通过采取附加的控制策略使其参与系统调频，解决光伏发电系统的频率问题。同时，在电力系统调频控制中，需借助通信网络实现大量的信息交换，不可避免会存在时间延迟等通信问题，也会对系统频率稳定性造成不利影响。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术针对大规模分布式光伏发电并网系统的稳定性，构建含光伏发电的电力系统频率响应模型，以系统频率稳态误差、反馈系统的灵敏度、闭环系统的增益裕度、闭环系统的相位裕度作为评估模型稳定性的关键指标，基于模糊综合评判方法及建立的指标对电网稳定性进行量化评估。该方法能高效准确得对系统稳定性进行量化评估，可以作为指导电力系统实际应用的客观衡量依据，具有较高的评估科学性和准确性。
[0005]一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]S1，建立含光伏发电的电力系统频率响应模型，并考虑通信延时的影响，基于Pade近似方法实现时滞线性化，构建系统线性状态空间模型；
[0007]为探究大规模分布式光伏发电的频率响应特性，在传统电力系统负荷调频控制模型的基础上，考虑分布式光伏发电辅助系统频率控制，结合P
‑
U外特性的分布式光伏调频控制策略，构建含光伏发电的电力系统频率响应(LFC
‑
PV)模型；
[0008]传统LFC电力系统功率平衡方程为：
[0009]ΔP
T
(s)
‑
ΔP
L
(s)＝2H
·
s
·
Δf(s)+D
·
Δf(s)
[0010]其中，ΔP
T
(s)
‑
ΔP
L
(s)为增量功率失配，ΔP
L
为系统负荷扰动，Δf为系统频率偏差，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数。
[0011]即：
[0012][0013]基于P
‑
U外特性的光伏调频控制策略，对应分布式光伏的频率响应模型的传递函数为：
[0014][0015]其中，a为拟合系数，k为控制系数。
[0016]将分布式光伏发电环节添加到传统LFC模型中系统的频率偏差可表示为：
[0017][0018]其中，ΔP
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差，ΔP
T
(s)
‑
ΔP
L
(s)为增量功率失配，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数；
[0019][0020][0021]T
g
、T
t
为调速器、涡轮机的电力系统的时间常数，R是电力系统的调速系数，ΔP
S
(s)为主控制回路产生的功率偏差，Δf为系统频率偏差；
[0022]针对在系统调频控制过程中存在的通信延时问题，采用Pade近似方法时滞线性化，构建系统的线性模型，进一步推导得到分布式光伏发电系统的线性状态空间表示。
[0023]当通信延时为T
d
，模型频率偏差为：
[0024][0025]其中，ΔP
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差，ΔP
T
(s)
‑
ΔP
L
(s)为增量功率失配，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数，T
d
为通信延时；定义Pade函数为：
[0026][0027]其中，N
pq
和D
pq
分别是阶p和q的多项式
[0028][0029][0030]选取五阶函数将时滞线性化，对应五阶pade近似函数为：
[0031][0032]具有PV的单区域电力系统的状态空间实现如下式所示：
[0033][0034]其中，A为系统矩阵，B为控制输入矩阵，Γ为干扰矩阵，x状态向量，u(t)输入向量，w(t)为干扰变量，C为观测矩阵，y(t)系统输出。
[0035]如图3所示，S2，分析大规模分布式光伏发电并网系统特性，选取系统频率稳态误差、反馈系统的灵敏度、闭环系统的增益裕度、闭环系统的相位裕度为评价指标；计算大规模分布式光伏发电并网系统中表征系统稳定性的相关属性，得出分布式光伏发电系统稳定性评估指标；
[0036]系统频率偏差方程为：
[0037][0038]其中，
[0039]R是电力系统的调速系数，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数，ΔP
S
(s)为主控制回路产生的功率偏差，ΔP
L
为系统负荷扰动， G0(s)五阶pade近似函数，ΔP
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差；T
g
、 T
t
为调速器、涡轮机的电力系统的时间常数；根据终值定理，系统频率偏差的稳态值为：根据终值定理，系统频率偏差的稳态值为：
[0040][0041]其中，
[0042][0043][0044]R是电力系统的调速系数，D为系统阻尼系数，ΔP
L
为系统负荷扰动，ΔP
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差，T
g
、T
t
为调速器、涡轮机的电力系统的时间常数；
[0045]将负荷扰动ΔP
L
作为输入，系统频率偏差Δf作为输出，系统频率偏差与负载阶跃变化之间的闭环传递函数为：
[0046][0047][0048]其中，
[0049]根据上式得到灵敏度函数为：
[0050][0051][0052][0053][0054]其中，S
R
、S
K
、S
α
分别为R、K、K1、α对应的灵敏度函数。
[0055]和分别为系统开环传递函数为：
[0056][0057][0058]其中，
[0059]K为增益，R是电力系统的调速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立含光伏发电的电力系统频率响应模型，并考虑通信延时的影响，基于Pade近似方法实现时滞线性化，构建系统线性状态空间模型；S2，分析大规模分布式光伏发电并网系统特性，计算大规模分布式光伏发电并网系统中表征系统稳定性的相关属性，得出电力系统稳定性评估指标；S3，运用层次分析法和熵权法分别求得主、客观权重，并组合成综合权重来确定指标权重，并计算得到模糊综合评判矩阵；S4，通过模糊综合量化计算方法，得到大规模分布式光伏并网系统稳定性评估结果。2.根据权利要求1所述的一种计及通信延时的分布式光伏系统稳定性量化评估方法，其特征在于，包括如下步骤：所述步骤S1具体包括以下步骤：S11，为探究大规模分布式光伏发电的频率响应特性，在传统电力系统负荷调频控制模型的基础上，考虑分布式光伏发电辅助系统频率控制，结合P
‑
U外特性的分布式光伏调频控制策略，构建含光伏发电的电力系统频率响应(LFC
‑
PV)模型；传统LFC电力系统功率平衡方程为：
△
P
T
(s)
‑△
P
L
(s)＝2H
·
s
·
△
f(s)+D
·
△
f(s)其中，
△
P
T
(s)
‑△
P
L
(s)为增量功率失配，ΔP
L
为系统负荷扰动，
△
f为系统频率偏差，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数；即：基于P
‑
U外特性的光伏调频控制策略，对应分布式光伏的频率响应模型的传递函数为：其中，a为拟合系数，k为控制系数。将分布式光伏发电环节添加到传统LFC模型中系统的频率偏差可表示为：其中，
△
P
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差，
△
P
T
(s)
‑△
P
L
(s)为增量功率失配，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数；别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数；T
g
、T
t
为调速器、涡轮机的电力系统的时间常数，R是电力系统的调速系数，
△
P
S
(s)为主控制回路产生的功率偏差，
△
f为系统频率偏差；S12，针对在系统调频控制过程中存在的通信延时问题，采用Pade近似方法时滞线性
化，构建系统的线性模型，进一步推导得到分布式光伏发电系统的线性状态空间表示；当考虑通信延时，模型频率偏差为：其中，
△
P
PV
为光伏发电控制回路的功率偏差，
△
P
T
(s)
‑△
P
L
(s)为增量功率失配，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数，T
d
为通信延时；定义Pade函数为：其中，T
d
为通信延时，N
pq
和D
pq
分别是阶p和q的多项式分别是阶p和q的多项式选取五阶函数将时滞线性化，对应五阶pade近似函数为：具有PV的单区域电力系统的状态空间实现如下式所示：y(t)＝C
·
x(t)其中，A为系统矩阵，B为控制输入矩阵，Γ为干扰矩阵，x状态向量，u(t)输入向量，w(t)为干扰变量，C为观测矩阵，y(t)系统输出。3.根据权利要求1所述的计及通信延时的分布式光伏发电系统稳定性量化评估方法，其特征在于，所述步骤S2中的评价指标包含：系统频率稳态误差、反馈系统的灵敏度、闭环系统的增益裕度、闭环系统的相位裕度；系统频率偏差方程为：其中，R是电力系统的调速系数，H、D分别为等效惯性时间常数、系统阻尼系数，
△
P
S
(s)为主控制回路产生的功率偏差，ΔP
L
为系统负荷扰动，G0(s)五阶pade近似函数，
△
P
PV
为光...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴剑丰，刘瑞帆，周霞，周吉，钱俊良，翟相秋，
申请(专利权)人：南京东博智慧能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：