一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法技术

本发明专利技术属于电力电量平衡技术领域，尤其涉及一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法。包括，建立系统的功率

【技术实现步骤摘要】
一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法


[0001]本专利技术属于电力电量平衡
，尤其涉及一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法。

技术介绍

[0002]可再生能源作为未来的主力电源，其接替传统电源提供支撑能力成为目前广泛研究的技术思路。但是目前，考虑风电参与的机组组合模型主要考虑风电与火电机组之间的功率协调分配问题，即只考虑到风电机组的发电功能，系统调频任务单纯由常规同步机组承担。这是由于风电本身具有波动性、不确定性和难预测性，使得风电调频也具有不确定性；其次，目前应用广泛的变速风电机组一般采用最大功率点跟踪的控制方式，转子转速和系统频率之间不存在耦合关系，使得风电机组无法像常规同步机组一样响应电网频率变化。
[0003]但是进一步地研究发现，通过附加调频控制器，如虚拟惯性控制、下垂控制等，风电机组可以提供与常规同步机组相似的频率支撑。即当系统频率跌落时，风电机组增加有功出力以提供频率支撑。在此基础上可以将风机在一次调频控制策略下的频率响应模型转化为频率约束形式加入到机组组合模型中，以得到高风电占比电网中更为合理的机组出力安排和每调度时段的机组备用容量。
[0004]因此本专利技术以考虑风电和常规同步机组的频率支撑为例，介绍考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法以考虑风电和常规同步机组的频率支撑解决了电量平衡中预想的频率事件发生后系统的频率不稳定以及风电机组吸收功率时导致的频率二次跌落的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体步骤如下：
[0007]一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，包括以下步骤:
[0008]S1.建立系统的功率
‑
频率动态特性方程，系统的功率
‑
频率动态特性方程中包含所有参与频率响应的系统元件；
[0009]S2.对步骤S1中这些元件的频率响应策略进行建模，即元件的功率
‑
频率特性。
[0010]S3.将步骤S1、步骤S2中的系统的功率
‑
频率动态特性方程与元件的功率
‑
频率特性方程联立，推导出系统频率变化的解析表达式，并进一步推导关键频率指标的解析表达；
[0011]S4.将步骤S3中产生的频率指标的表达式以约束的形式嵌入到传统的日尺度电力电量平衡模型中，以在元件出力安排中考虑预想事件后的频率安全。
[0012]进一步地，所述步骤S1中，系统的功率
‑
频率动态方程可以表示为：
[0013][0014]其中，H
G
是常规机组提供的惯性，κ是负荷的频率响应系数，D是系统负荷，ΔP
G
是同
步机组的频率响应功率，ΔP
W
是风电机组的频率响应功率，ΔD是系统瞬时的功率变化量，Δf和分别是系统的频率变化量和频率变化率，τ为时间参数。
[0015]进一步地，所述步骤S2中，频率响应策略建模方法：假设风电按预设曲线响应频率事件，假设同步机组以线性功率增量曲线响应频率事件，考虑风电机组临时功率支撑、长期功率备用及与同步机协同响应频率事件的综合策略，一部分风电机组以临时能量支撑的形式在频率事件发生后立即提供响应，并在一段时间后吸收功率恢复转子转速；另一部分风电机组释放长期备用能量以提供稳定的支撑功率；同步机组在频率事件发生后立即提供频率响应，达到最大响应功率后保持稳定。
[0016]进一步地，所述功率
‑
频率特性方程表达式为：
[0017][0018]其中，系统的频率响应共分为7个阶段，τ1～τ6取值分别为1s、2s、4s、5s、7s、10s。
[0019]进一步地，所述的步骤S3中，系统频率变化的解析表达式：将式(1
‑
24)代入式(1
‑
23)，以P
R
(τ)替代ΔP
G
(τ)+ΔP
W
(τ)，并基于初始条件Δf(0)＝0，逐阶段求解Δf(τ)。
[0020]进一步地，所述推导频率安全关键指标解析式方法：
[0021]频率安全关键指标为最大频率变化率(Rate of Change of Frequency,RoCoF)，最大频率偏差，稳态频率偏差；
[0022]其中，系统最大频率变化率出现在频率事件发生的初始时刻，最大频率变化率通常基于频率事件发生后一个很短时间内的测量值得到，将测量时刻记为τ
R
，计算此时的频率偏差Δf(τ
R
)，频率偏差Δf(τ
R
)是关于频率支撑参数a、b、H
G
的非线性表达式:
[0023][0024]且系统稳态频率偏差为系统在响应的第7阶段中频率变化率为0时对应的频率变化量，基于此条件，推导得到稳态频率偏差的表达式如式：
[0025]Δf
ss
＝(ΔD
‑
(b+d))/κD
[0026]系统最大频率偏差可能发生在任何阶段，故需要对每个阶段求解得到系统最大频率偏差Δf
nad
及对应发生时刻τ
nad
。
[0027]进一步地，所述系统最大频率偏差每个阶段求解式为：
[0028][0029]进一步地，所述系统最大频率偏差：
[0030][0031]进一步地，所述系统最大频率偏差：
[0032][0033]其中，和分别表示和关于系统频率响应参数(a,b,H
G
)的非线性函数。
[0034]且综上所述，由于采用了上述技术方案，专利技术的有益技术效果是：
[0035]一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，考虑风电机组临时功率支撑、长期功率备用及与同步机协同响应频率事件的综合策略，其中，一部分风电机组以临时能量支撑的形式在频率事件发生后立即提供响应，并在一段时间后吸收功率恢复转子转速；另一部分风电机组释放长期备用能量以提供稳定的支撑功率；与此同时，同步机组在频率事件发生后立即提供频率响应，达到最大响应功率后保持稳定。这种协调策略可以避免风电机组吸收功率时导致的频率二次跌落。
附图说明
[0036]图1为本专利技术的方法流程图。
[0037]图2为本专利技术中风电机组的两种频率支撑能量来源图。
[0038]图3为本专利技术中风电机组与同步机协同支撑频率的响应策略图。
具体实施方式
[0039]为了使专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释专利技术，并不用于限定专利技术。
[0040]一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，如图1所示，在电力电量平衡中保证频率安全的核心思想是在平衡中预留足够备用，以保证在预想的频率事件发生后系统的频率稳定。其基本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，其特征在于，包括以下步骤:S1.建立系统的功率
‑
频率动态特性方程，系统的功率
‑
频率动态特性方程中包含所有参与频率响应的系统元件；S2.对步骤S1中这些元件的频率响应策略进行建模，即元件的功率
‑
频率特性。S3.将步骤S1、步骤S2中的系统的功率
‑
频率动态特性方程与元件的功率
‑
频率特性方程联立，推导出系统频率变化的解析表达式，并进一步推导关键频率指标的解析表达；S4.将步骤S3中产生的频率指标的表达式以约束的形式嵌入到传统的日尺度电力电量平衡模型中，以在元件出力安排中考虑预想事件后的频率安全。2.根据权利要求1所述的一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，其特征在于，所述步骤S1中，系统的功率
‑
频率动态方程可以表示为：其中，H
G
是常规机组提供的惯性，κ是负荷的频率响应系数，D是系统负荷，ΔP
G
是同步机组的频率响应功率，ΔP
W
是风电机组的频率响应功率，ΔD是系统瞬时的功率变化量，Δf和分别是系统的频率变化量和频率变化率，τ为时间参数。3.根据权利要求1所述的一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，其特征在于，所述步骤S2中，频率响应策略建模方法：假设风电按预设曲线响应频率事件，假设同步机组以线性功率增量曲线响应频率事件，考虑风电机组临时功率支撑、长期功率备用及与同步机协同响应频率事件的综合策略，一部分风电机组以临时能量支撑的形式在频率事件发生后立即提供响应，并在一段时间后吸收功率恢复转子转速；另一部分风电机组释放长期备用能量以提供稳定的支撑功率；同步机组在频率事件发生后立即提供频率响应，达到最大响应功率后保持稳定。4.根据权利要求1所述的一种考虑短尺度频率安全的电力电量平衡方法，其特征在于，所述功率
‑
频率特性方程表达式为：其中，系统的频率响应共分为7个阶段，τ1～τ6取值分别为1s、2s...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，张金平，赵龙，刘丽娟，马志程，王定美，吕清泉，沈渭程，张睿骁，韩旭杉，马彦宏，张健美，保承家，高鹏飞，赵连斌，陈明，马卫卫，张彦琪，张珍珍，李津，甄文喜，王明松，赵炜，郑翔宇，沈琛云，陈柏旭，王晟，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：