独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质，其中方法包括独立微电网最优惯量配置部分和快速频率指标评估部分；所述独立微电网最优惯量配置部分是以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；快速频率指标评估部分是对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。本发明专利技术能够在系统频率稳定约束下实现独立微电网惯量配置成本最优。成本最优。成本最优。

【技术实现步骤摘要】
独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质


[0001]本专利技术涉及微电网优化规划
，特别是涉及一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质。

技术介绍

[0002]独立微电网中分布式电源大多通过并网变流器接入，并网变流器作为分布式电源的接口，其控制方法对微电网系统的稳定性及电能质量具有较大影响。然而，传统并网变流器惯性小或无惯性、过载能力差，当微电网内新能源的占比较高时，系统等效惯量、等效的一次调频备用容量持续减小，独立微电网的惯量及频率支撑能力不断下降，系统安全稳定运行风险持续增大。
[0003]为增加独立微电网虚拟惯性和阻尼，提高系统的稳定性，虚拟同步机技术引起广泛的关注。虚拟同步机控制借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程，在变流器控制中增加虚拟惯性环节和阻尼环节，实现分布式电源输出特性的有效改善。然而，基于虚拟同步机控制的变流器输出、独立微电网受扰后的频率特性以及独立微电网配置的储能容量等均与虚拟同步控制的参数有关，也即独立微电网配置的虚拟惯量及一次调频能力将影响系统的运行特性，因此有必要对独立微电网各变流器的虚拟惯量进行优化，满足受扰后频率稳定约束条件，并且系统运行成本最小。
[0004]现有研究重点为独立微电网内储能变流器的参数优化控制，模拟传统机组的惯量响应、频率阻尼效应，提高了系统的频率稳定性能，然而全部依靠储能来承担系统的惯量及一次调频任务，将导致储能容量及变流器容量过大，经济性和可靠性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质，能够在系统频率稳定约束下实现独立微电网惯量配置成本最优。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法，包括含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分和基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分；
[0007]所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分是以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；
[0008]所述基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分是对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。
[0009]所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分包括以下步骤：
[0010]根据独立微电网内可再生能源、储能系统配置容量及负荷历史数据，评估具有独立微电网惯量支撑与一次调频能力的可再生能源与储能系统；
[0011]以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，考虑独立微电网暂态频率非线性约束，构建含微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型；
[0012]将虚拟惯量优化配置模型转化为主从双层优化问题，其中，主问题为混合整数线性规划问题，从问题为暂态频率指标评估问题；
[0013]通过主从问题的迭代计算及评估，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。
[0014]所述从问题基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分进行评估，包括以下步骤：
[0015]根据独立微电网的配置、网架结构、变流器的控制策略，构建独立微电网的全阶小信号频率响应模型：Δω＝Ax+BΔP
L
，系统状态转移矩阵A和B包含了微电网各相关参数，状态变量x包含了独立微电网内的各状态变量，Δω为频率变化量，ΔP
L
为功率扰动量；
[0016]采用拉丁超立方采样技术，对状态转移矩阵A和B中的相关参数进行采样，并根据采样值计算在功率扰动量ΔP
L
下的最大频率变化率RoCoF
max
及频率最低点ω
nadir
，通过相关性分析获取影响最大频率变化率RoCoF
max
及频率最低点ω
nadir
的关联参数；
[0017]基于关联参数将独立微电网的最大频率变化率及频率最低点分别写成：ω
nadir
＝f(C，ΔP
L
)，RoCoF
max
＝g(D，ΔP
L
)的形式，其中，C，D为包含了关联参数的关联参数矩阵，并根据计算值拟合函数f和g；
[0018]基于拟合函数，将功率扰动量作为输入，查表计算当前惯量分配方案下独立微电网系统频率的最低点及系统频率变化率最大值，快速评估所述虚拟惯量优化配置模型中暂态频率指标约束是否满足条件。
[0019]所述关联参数矩阵中的关联参数包括分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素，所述分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素计算公式为：其中，H
Ri
和H
Bi
分别为可再生能源和储能系统的惯性时间常数，S
Bi
为分布式电源的变流器的容量，Q
Bi
为储能系统的变流器的输出无功功率，RoCoF
max_sys
为独立微电网能够维持稳定运行的最大频率变化率，ω
min
为独立微电网能够维持稳定运行的最小频率，ω
n
为独立微电网的额定频率；P
Ri
和P
Bi
分别为可再生能源最大出力和储能系统有功出力；δ
i
为可再生能源的出力减载比例；R
Ri
和R
Bi
分别为可再生能源及储能系统的虚拟一次调频系数。
[0020]所述虚拟惯量优化配置模型为：其中，P
i,t
、P
Ri,t
、P
Bi,t
分别为在时段t内燃机型电源出力、可再生能源最大出力和储能系统有功出力；a
i
、b
i
、c
i
为内燃机型电源的运行成本系数，δ
i,t
为第i个可再生能源在时段t的出力减载比例，μ1为可再生能源单位出力减载成本系数，k1为可再生能源单位出力的维护成本系数，k2为储能系统单位出力的维护成本系数，N、M、G分别为内燃机型电源、可再生能源和储能系统的数量，T为时间区间。
[0021]所述虚拟惯量优化配置模型的约束条件包括系统频率约束：其中，ω
nadir
为频率最低点，RoCoF
max
为最大频率变化率，ω
min
和RoCoF
max_sys
分别为独立微电网能够维持稳定运行的最小频率和最大频率变化率。
[0022]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置装置，包括：
[0023]独立微电网最优惯量配置模块，用于以可再生能源减载量、储能充放电量及相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法，其特征在于，包括含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分和基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分；所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分是以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；所述基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分是对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。2.根据权利要求1所述的独立微电网虚拟惯量最优配置方法，其特征在于，所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分包括以下步骤：根据独立微电网内可再生能源、储能系统配置容量及负荷历史数据，评估具有独立微电网惯量支撑与一次调频能力的可再生能源与储能系统；以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，考虑独立微电网暂态频率非线性约束，构建含微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型；将虚拟惯量优化配置模型转化为主从双层优化问题，其中，主问题为混合整数线性规划问题，从问题为暂态频率指标评估问题；通过主从问题的迭代计算及评估，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。3.根据权利要求2所述的独立微电网虚拟惯量最优配置方法，其特征在于，所述从问题基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分进行评估，包括以下步骤：根据独立微电网的配置、网架结构、变流器的控制策略，构建独立微电网的全阶小信号频率响应模型：Δω＝Ax+BΔP
L
，系统状态转移矩阵A和B包含了微电网各相关参数，状态变量x包含了独立微电网内的各状态变量，Δω为频率变化量，ΔP
L
为功率扰动量；采用拉丁超立方采样技术，对状态转移矩阵A和B中的相关参数进行采样，并根据采样值计算在功率扰动量ΔP
L
下的最大频率变化率RoCoF
max
及频率最低点ω
nadir
，通过相关性分析获取影响最大频率变化率RoCoF
max
及频率最低点ω
nadir
的关联参数；基于关联参数将独立微电网的最大频率变化率及频率最低点分别写成：ω
nadir
＝f(C，ΔP
L
)，RoCoF
max
＝g(D，ΔP
L
)的形式，其中，C，D为包含了关联参数的关联参数矩阵，并根据计算值拟合函数f和g；基于拟合函数，将功率扰动量作为输入，查表计算当前惯量分配方案下独立微电网系统频率的最低点及系统频率变化率最大值，快速评估所述虚拟惯量优化配置模型中暂态频率指标约束是否满足条件。4.根据权利要求3所述的独立微电网虚拟惯量最优配置方法，其特征在于，所述关联参数矩阵中的关联参数包括分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素，所述分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素计算公式为：其
中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄存强，寇凌峰，张东南，米金梁，张舜祯，李绚绚，刘兴文，田旭，安娟，李俊贤，赵雪，李红霞，杨海林，张祥成，秦婷峰，马国福，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司国网上海能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：