一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法及相关装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法及相关装置，根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标；以所述频率分布特性量化指标为依据，并结合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性较低的区域；分别以频率变化率和最大频率偏差为约束，采用等值模型法，利用频率响应模型获得所研究电力系统的惯量需求；在满足所研究电力系统惯量需求的前提下，优先为系统内部频率稳定性较低的区域配置虚拟惯量资源。该方法在满足系统频率稳定的同时充分考虑到不同区域的频率分布差异，优先配置频率低稳定性的区域，最大化新能源的频率支撑能力。源的频率支撑能力。源的频率支撑能力。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法及相关装置


[0001]本专利技术涉及电力系统
，尤其涉及一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法及相关装置。

技术介绍

[0002]随着光伏和风电等新能源发电技术的迭代更新，我国能源结构逐步向低碳化、高比例新能源方向转型。新能源机组的大量接入会导致系统内电力电子元件数量的增加，相比于常规火电机组，其不仅会导致电力系统内惯量不充足且在空间上分布不均，还会使电力系统各区域表现出比较明显的频率时空分布特性，电力系统内部不同位置各节点随时间变化的频率响应过程差异性较大，这一点在新能源汇集地区表现的尤为明显，对于电力系统的频率稳定具有不利影响。
[0003]在新能源机组所占比例越来越高这一前提下，为保障电力系统安全稳定运行，虚拟同步机技术得到广泛应用。但现有技术在针对新能源场站的虚拟惯量部署研究过程中，通常只考虑系统内的整体惯量水平是否能够支撑系统惯性中心频率稳定，未考虑扰动发生时系统内各区域的频率分布特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法及相关装置，该方法在满足系统频率稳定的同时充分考虑到不同区域的频率分布差异，优先配置频率低稳定性的区域，最大化新能源的频率支撑能力。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法，所述方法包括：
[0007]根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差，将频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标；
[0008]以所述频率分布特性量化指标为依据，并结合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性低的区域；
[0009]分别以频率变化率和最大频率偏差为约束，采用等值模型法，利用频率响应模型获得所研究电力系统的惯量需求；
[0010]在满足所研究电力系统的惯量需求的前提下，为电力系统内部频率稳定性低的区域配置虚拟惯量资源。
[0011]一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置装置，所述装置包括：
[0012]频率分布特性量化指标获取单元，用于根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差，将频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标；
[0013]频率稳定性较低区域获取单元，用于以所述频率分布特性量化指标为依据，并结
合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性较低的区域；
[0014]电力系统惯量需求获取单元，用于分别以频率变化率和最大频率偏差为约束，采用等值模型法，利用频率响应模型获得所研究电力系统的惯量需求；
[0015]虚拟惯量资源配置单元，用于在满足所研究电力系统的惯量需求的前提下，为电力系统内部频率稳定性低的区域配置虚拟惯量资源。
[0016]一种电子设备，包括存储器和处理器，上述存储器中存储有计算机程序，上述处理器被设置为运行上述计算机程序以执行任意一项上述的考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法。
[0017]一种计算机存储介质，上述计算机存储介质存储有多条指令，上述指令适于由处理器加载并执行任意一项上述的考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法。
[0018]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法能够基于历史功率扰动下频率响应曲线计算频率分布特性量化指标，并基于该指标划分频率稳定区域，进而求得所研究电力系统的惯量需求，并配置不同区域的虚拟惯量，从而最大化新能源的频率支撑能力，对保障电力系统安全稳定运行，提高新能源接纳能力具有重要意义。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法流程示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例所搭建系统频率响应模型的示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例所述含风机的IEEE10机39节点系统接线示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例所述各观测节点的频率响应曲线；
[0024]图5为本专利技术实施例所述各观测节点的分布特性量化指标示意图；
[0025]图6为本专利技术实施例所述调整惯量水平后各观测节点的分布特性量化指标示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]如图1所示为本专利技术实施例提供的考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法流程示意图，所述方法包括：
[0028]步骤1、根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差，将频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标；
[0029]在该步骤中，首先获得所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率
响应曲线，根据频率响应曲线求得频率分布特性量化指标，其中最大频率偏差Δf
max
可由下式求得：
[0030]Δf
max
＝f
N
‑
f
min
ꢀꢀ
(1)
[0031]式中：f
N
为稳态频率，取50Hz；f
min
为频率响应过程中的最小值；
[0032]频率变化率RoCoF取频率动态响应过程中的最大值RoCoF
max
，其由下式采用移动滑窗法求得：
[0033][0034]式中：df/dt(i+1)为频率时间序列第i+1个采样点对应采样时刻的频率变化率；f(i)为频率时间序列第i个采样点时刻的频率值；Δt为滑窗时间。
[0035]步骤2、以所述频率分布特性量化指标为依据，并结合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性较低的区域；
[0036]在该步骤中，对于频率变化率RoCoF要求其在一个不会导致反孤岛保护运行的值之内，一般认为电力系统惯性中心的RoCoF
max
应小于0.5Hz/s；对于最大频率偏差Δf
max
要求其不应低于某一特定值从而导致新能源机组脱网以及触发低频减载动作；
[0037]根据所述频率分布特性量化指标判断电力系统内部各区域的频率稳定性，获得所研究电力系统内部频率稳定性较低的区域，具体方法为：
[0038]通过判断各节点的频率变化率RoCoF和最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法，其特征在于，所述方法包括：根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差，将频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标；以所述频率分布特性量化指标为依据，并结合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性低的区域；分别以频率变化率和最大频率偏差为约束，采用等值模型法，利用频率响应模型获得所研究电力系统的惯量需求；在满足所研究电力系统的惯量需求的前提下，为电力系统内部频率稳定性低的区域配置虚拟惯量资源。2.根据权利要求1所述考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法，其特征在于，所述根据所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，计算各节点频率变化率和最大频率偏差，将频率变化率和最大频率偏差作为频率分布特性量化指标的过程具体为：获得所研究电力系统历史功率扰动下的各频率观测节点的频率响应曲线，根据频率响应曲线求得频率分布特性量化指标，其中最大频率偏差Δf
max
由下式求得：Δf
max
＝f
N
‑
f
min
ꢀꢀ
(1)式中：f
N
为稳态频率；f
min
为频率响应过程中的最小值；频率变化率RoCoF取频率动态响应过程中的最大值RoCoF
max
，其由下式采用移动滑窗法求得：式中：df/dt(i+1)为频率时间序列第i+1个采样点对应采样时刻的频率变化率；f(i)为频率时间序列第i个采样点时刻的频率值；Δt为滑窗时间。3.根据权利要求1所述考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法，其特征在于，所述以所述频率分布特性量化指标为依据，并结合电力系统频率稳定判据，获得电力系统内部频率稳定性低的区域的过程具体为：通过判断各节点的频率变化率RoCoF和最大频率偏差Δf
max
偏离电力系统惯性中心的RoCoF
sysmax
和Δf
sysmax
的程度，第i个观测节点的偏离度表示为：式中，RoCoF
max
(i)为第i个观测节点的频率变化率；RoCoF
sysmax
为电力系统惯性中心的频率变化率；Δf
max
(i)为第i个观测节点的最大频率偏差；Δf
sysmax
为电力系统惯性中心的最大频率偏差；根据式(3)，将偏离度大且频率分布特性量化指标绝对值比电力系统惯性中心指标绝对值大的节点所在区域判定为电力系统内部频率稳定性低的区域。4.根据权利要求1所述考虑频率分布特性的虚拟惯量配置方法，其特征在于，所述分别以频率变化率和最大频率偏差为约束，采用等值模型法，利用频率响应模型获得所研究电
力系统的惯量需求的过程具体为：频率变化率RoCoF出现在扰动发生的初始时刻，与不平衡功率和惯量水平相关，三者之间的关系为：2H*RoCoF＝ΔP
L (4)式中：H为等值惯性时间常数；ΔP
L
为功率缺额；最大频率偏差Δf
max
出现在扰动几秒后，采用等值模型法搭建系统频率响应模型，当系统发生功率缺额为ΔP
L
的扰动后，得到三者关系如下式所示：式中：Δf为频率偏差；s为拉普拉斯算子；F
HP
为系统等值高压涡轮功率系数；T
RH
为系统等值调速器时间常数；R为系统等值静态调差系数；D为负荷阻尼系数；基于式4和式5求得频率变化率RoCoF约束下的最小惯量需求H
min1
，以及最大频率偏差Δf
max
约束下的最小惯量需求H
min2
，并求得所研究电力系统的最小惯量需求H
min
，表示为：H
min
＝max{H
min1
,H
min2
} (6)。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕天姝，韩磊，葛延峰，孙明一，李欣蔚，胥国毅，王程，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：