一种风电最大穿透率评估方法技术

本发明专利技术公开了一种风电最大穿透率评估方法

【技术实现步骤摘要】
一种风电最大穿透率评估方法、系统、存储介质及嵌入式装置


[0001]本专利技术属于风电并网运行控制
，具体涉及一种风电最大穿透率评估方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着风电在电网中的渗透率不断提高，大规模风电机组通过电力电子设备并网，风电机组虽然具有天然的旋转惯量，但由于变流器的隔离作用使其转子转速与系统频率解耦，导致其对电网的频率支撑作用几乎为零
。
在电网中风电占比持续上升的背景下，系统的惯量逐渐下降，系统在大功率扰动下的频率安全问题显著，频率稳定问题成为了制约电网风电渗透率提升的关键因素
。
[0003]频率约束对于电网安全稳定至关重要，是制约风电渗透率提高的主要原因
。
因此，构建包含多种类型调频电源的系统频率模型是准确评估电网最大风电渗透率的关键
。
目前，电网频率评估的分析方法主要分为基于详细模型的全状态时域仿真方法
、
等值模型法和人工智能方法
。
其中，时域仿真方法虽然能够准确描述系统频率的动态响应过程，但计算量大且建模困难
。
人工智能法能够处理非线性
、
物理模型不精确等问题，但对训练数据要求高且物理意义不明确
。
因此，等值模型法是目前应用最广泛的频率分析方法，其中等值模型法包括平均系统频率模型
(average system frequency
，
ASF)
和系统频率响应模型
(system frequency response
，
SFR)。
[0004]在风电最大接入比例的计算方面，现有技术中用试凑法来求解风电渗透率极限值，通过多次动态仿真来不断修正系统的风电渗透率直至频率指标满足要求，该方法缺乏普适性，依赖于系统的运行方式；或将风电最大接入容量为优化目标，以暂态稳定为约束求解风电穿透功率；或以频率最低点为约束条件，提出针对高比例新能源接入下电力系统的最小惯量和一次调频容量的评估方法，但没有考虑风电的调频作用
。
现在技术中也出现通过建立考虑风电一次调频控制的频率响应模型，然后以系统最大频率变化率和稳态频率偏差为约束条件计算系统的风电穿透率极限值，但建立的频率模型阶数较高，计算复杂度高，且没有考虑系统频率最低点的影响
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：如何在满足系统频率稳定约束的前提下简单且准确获得系统的风电穿透率极值
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种风电最大穿透率评估方法，包括如下步骤：
[0007]S1
，建立考虑风火联合参与调频的系统频率响应模型；
[0008]S2
，基于步骤
S1
中的系统频率响应模型计算系统频率响应特征，所述系统频率响应特征包括频率最低点
、
最大频率变化率；
[0009]S3
，分别根据系统频率最低点和最大频率变化率约束构建系统的频率稳定区域；
[0010]S4
，取步骤
S3
中不同频率稳定区域的交集构建系统的频率稳定区域，并针对风电
不参与和参与调频两种工况计算特定频率约束条件下不同功率扰动对应的系统风电最大渗透率，所述频率约束条件是指频率变化率约束和频率最低点约束
。
[0011]前述的一种风电最大穿透率评估方法，在步骤
S1
中，在传统
SFR
模型的基础上添加了风电的功率控制模块，建立包括火电和风电参与系统频率支撑的
SFR
模型，其中，风电机组采用综合惯量控制，风电机组功率控制环节表示为：
[0012]Δ
P
w
＝
‑
(K
d
s+K
p
)
Δ
f
[0013]其中，
K
d
和
K
p
分别为风机的虚拟惯量控制系数和下垂控制系数；
s
为微分算子；
Δ
P
W
为风电机组的有功功率增量；
Δ
f
为系统频率偏差；
[0014]火电机组的功率控制环节表示为：
[0015][0016]其中，
R
为火电机组的一次调频系数；
T
R
为火电机组的再热时间常数；
F
H
为火电机组汽轮机高压缸做功比例；
Δ
P
g
为火电机组的有功功率增量；
[0017]由此得到系统频率响应模型的传递函数
G(s)
为：
[0018][0019]其中，
ρ
为风电渗透率，为风电的装机容量与风电和火电的装机容量总和的比值；
H
为火电机组的惯性时间常数；
D
为火电机组的阻尼系数；
[0020]当发生的功率扰动为
Δ
P
L
时，系统频率的频域
Δ
f(s)
表达式为：
[0021][0022]其中，
D
e
为系统的等效阻尼，
ω
n
为系统的自然振荡角频率，
δ
为系统的阻尼比，表达式分别为：
[0023][0024]系统频率响应模型为典型的二阶系统，对频率的频域表达式进行反拉普拉斯变换得到系统频率的时域
Δ
f(t)
表达式为：
[0025][0026]其中
[0027][0028][0029]前述的一种风电最大穿透率评估方法，在步骤
S2
中，当系统频率到达最低点时，频率变化率为零，对系统频率时域表达式求导，并令频率变化率的导数等于零，求出系统频率到达最低点的时间为：
[0030][0031]将上式代入系统频率时域表达式得到系统最大频率偏差
Δ
f
max
，表达式为：
[0032][0033]系统的最大频率变化率
ROCOF
max
通过拉普拉斯初值定理求得：
[0034][0035]前述的一种风电最大穿透率评估方法，在步骤
S3
中，
[0036]系统频率最低点约束为：
[0037]f
nadir
≥f
UFL
S
[0038]f
nadir
为系统频率最低点，
f
UFLS
为低频减载装置动作值；
[0039]根据上式构建频率最低点约束下系统的频率稳定区域；
[0040]频率变化率约束为：
[0041]ROCOF
max
≤ROCOF
limi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风电最大穿透率评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，建立考虑风火联合参与调频的系统频率响应模型；
S2
，基于步骤
S1
中的系统频率响应模型计算系统频率响应特征，所述系统频率响应特征包括频率最低点
、
最大频率变化率；
S3
，分别根据系统频率最低点和最大频率变化率约束构建系统的频率稳定区域；
S4
，取步骤
S3
中不同频率稳定区域的交集构建系统的频率稳定区域，并针对风电不参与和参与调频两种工况计算特定频率约束条件下不同功率扰动对应的系统风电最大渗透率，所述频率约束条件是指频率变化率约束和频率最低点约束
。2.
根据权利要求1所述的一种风电最大穿透率评估方法，其特征在于，在步骤
S1
中，在传统
SFR
模型的基础上添加了风电的功率控制模块，建立包括火电和风电参与系统频率支撑的
SFR
模型，其中，风电机组采用综合惯量控制，风电机组功率控制环节表示为：
Δ
P
w
＝
‑
(K
d
s+K
p
)
Δ
f
其中，
K
d
和
K
p
分别为风机的虚拟惯量控制系数和下垂控制系数；
s
为微分算子；
Δ
P
W
为风电机组的有功功率增量；
Δ
f
为系统频率偏差；火电机组的功率控制环节表示为：其中，
R
为火电机组的一次调频系数；
T
R
为火电机组的再热时间常数；
F
H
为火电机组汽轮机高压缸做功比例；
Δ
P
g
为火电机组的有功功率增量；由此得到系统频率响应模型的传递函数
G(s)
为：其中，
ρ
为风电渗透率，为风电的装机容量与风电和火电的装机容量总和的比值；
H
为火电机组的惯性时间常数；
D
为火电机组的阻尼系数；当发生的功率扰动为
Δ
P
L
时，系统频率的频域
Δ
f(s)
表达式为：其中，
D
e
为系统的等效阻尼，
ω
n
为系统的自然振荡角频率，
δ
为系统的阻尼比，表达式分别为：
系统的频率响应模型为典型的二阶系统，对频率的频域表达式进行反拉普拉斯变换得到系统频率的时域
Δ
f(t)
表达式为：其中其中
3.
根据权利要求2所述的一种风电最大穿透率评估方法，其特征在于，在步骤
S2
中，当系统频率到达最低点时，频率变化率为零，对系统频率时域表达式求导，并令频率变化率的导数等于零，求出系统频率到达最低点的时间为：将上式代入系统频率时域表达式得到系统最大频率偏差
Δ
f
max
，表达式为：系统的最大频率变化率
ROCOF
max
通过拉普拉斯初值定理求得：
4.
根据权利要求3所述的一种风电最大穿透率评估方法，其特征在于，在步骤
S3
中，系统频率最低点的约束为：
f
nadir
≥f
UFLS
f
nadir
为系统频率最低点，
f
UFLS
为低频减载装置动作值；根据上式构建频率最低点约束下系统的频率稳定区域；频率变化率的约束为：
ROCOF
max
≤ROCOF
limit
ROCOF
max
为最大频率变化率，
ROCOF
limit
为频率变化率临界值；根据上式构建最大频率变化率约束下系统的频率稳定区域
。5.
一种风电最大穿透率评估系统，其特征在于，包括以下模块：系统频率响应模型构建模块：建立考虑风火联合参与调频的系统频率响应模型；频率响应特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕振华，李强，张森，唐伟佳，戴强晟，贾勇勇，汪成根，邹小明，任必兴，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：