【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，尤其涉及一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法。
技术介绍
1、惯量是电力系统遏制频率快速下降的第一道防线，能够在系统受扰后迅速增发有功功率以减小系统功率缺额，为后续调频手段的实施争取时间。惯量不足会严重威胁到系统的安全稳定运行，降低系统的频率稳定能力。因此，惯量对于电力系统频率稳定有着至关重要的作用。
2、随着新型电力系统的加速构建，风电、光伏和储能等新能源通过电力电子装置大量接入电网，使得系统惯性在特点及形式上发生新的变化。一方面，这些电力电子接口资源大规模并网挤占了传统同步机组的发电空间，而其本身却不具备同步旋转惯量，无法自发向系统提供惯量功率支撑，这导致系统惯量支撑能力下降，频率稳定性变差。另一方面，新能源出力具有强波动性和间歇性，若出力大范围波动，系统可能因为缺乏惯量支撑出现区域电网稳定问题，反过来限制系统对新能源的接纳。因此，快速准确地评估系统在发生预想故障后为保障频率稳定所需的最小惯量，对于促进新能源消纳、指导惯量资源的规划与配置、保障电力系统惯量水平有着重要意义。
3、目前，已有关于电力系统最小惯量评估的研究大多通过系统时域仿真建模，基于频率动态约束进行优化求解，存在建模困难、计算耗时长等缺点；所提最小惯量需求评估模型亦未充分考虑含负荷侧惯量资源在内的多种类惯量资源，导致评估结果与系统实际惯量需求存在差异，不利于新能源的消纳以及系统安全稳定运行。随着虚拟惯量技术的发展以及负荷侧惯量资源的深入挖掘，新能源虚拟惯量，异步电机惯量响应和紧急可中断负荷的主动切负荷模拟惯量
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法；
2、本专利技术提供的技术方案是：一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，包括以下步骤：
3、s1：含负荷侧惯量资源在内的多种类惯量资源进行响应特性建模；
4、s2：构建含多种类惯量资源的系统频率响应模型；
5、s3：获取频率最低点解析解，实现频率动态约束的解析表达；
6、s4：基于频率动态约束，解析求取系统所需最小惯量，获取惯量安全运行域。
7、优选，所述步骤s1中，具体包括如下步骤：
8、s101：水电机组响应特性建模，水电机组采用ieeeg3型水轮机及其调速器的模型；
9、其传递函数可表示为：
10、
11、式中，δ为偏移量符号，s为拉普拉斯变换中复变量符号，δω为发电机组转速偏差，δph为水电机组响应出力，tr为阻尼时间常数，tg为伺服机构时间常数，tp为导向阀时间常数，tw为水锤效应时间常数；
12、s102：火电机组响应特性建模，火电机组采用ieeeg1型汽轮机及其调速器的模型；
13、其传递函数可表示为：
14、
15、式中，δps为火电机组响应出力，k为调速系统总有效增益，t1、t2和t3为调速系统相关时间常数，t4为蒸汽箱时间常数，t5为再热时间常数，t6为二次再热时间常数，t7为交叉时间常数，k1为超高压涡轮功率系数，k3为高压涡轮功率系数，k5为中压涡轮功率系数，k7为低压涡轮功率系数；
16、s103：力电子接口资源响应特性建模，目前电力电子接口资源为跟网型设备，通过被动地跟踪机端频率测量设备测得的频率信号，采用与同步惯量响应类似的形式释放有功功率，对于风机而言，目前并网运行最主要的类型为双馈风机，若不考虑其虚拟惯量响应过程中测量和控制环节的延时，则其响应功率与频率之间的传递函数为：
17、
18、式中，δpw为风机频率响应功率，δf为风机机端频率测量设备测得的频率偏差，kw为风机虚拟惯量系数；
19、虚拟惯量响应存在响应延时，包括频率测量、指令生成和控制实现环节的固有延时以及为抑制噪声人为加入的低通滤波器的延时，以上综合延时在100ms左右，因此加入延时环节的虚拟惯量控制传递函数为：
20、
21、式中td为虚拟惯量响应的延时时间；
22、通过设置虚拟下垂控制环节，风电机组也可以主动参与一次调频，此时综合考虑其虚拟惯量响应与虚拟调频过程，则风电机组响应特性传递函数为：
23、
24、式中，rw为风机参与一次调频的调差系数，也即虚拟下垂系数；
25、对于风电机组，其参与虚拟惯量响应和一次调频的能量来源主要有三种，一种是风电机组不减载运行，利用风机叶片转子动能提供虚拟惯量响应能量支撑；一种则是风机在系统扰动后减载运行以提供惯量功率支撑；还有一种则是通过电池储能来为其虚拟惯量和频率调节提供能量，而对于光伏机组，其内部无旋转动能，因此需要通过减载运行或是依靠电池储能来提供虚拟惯量响应所需的能量，光伏仍然可通过虚拟惯量技术和虚拟同步机技术来提供惯量响应与参与一次调频，其响应特性传递函数为：
26、
27、式中，δppv为光伏机组频率响应功率，kpv为光伏虚拟惯量系数，rpv为光伏参与一次调频的虚拟下垂系数；
28、对于储能，其常与风机光伏新能源联合运行，可提供更为灵活可控的虚拟惯量和频率调节能力。其响应特性传递函数为：
29、
30、式中，δpe为储能系统频率响应功率，ke为储能虚拟惯量系数，re为储能系统参与一次调频的虚拟下垂系数；
31、对于电力电子接口资源，无论是风机、光伏还是储能，都可以通过虚拟惯量技术和虚拟下垂控制实现虚拟惯量响应并参与一次调频，因此，可将三类新能源惯量资源统一聚合为电力电子接口惯量资源，此时用kvi为表示虚拟惯量系数，rvi表示虚拟下垂系数；
32、s104：负荷侧惯量资源响应特性建模，负荷侧惯量资源中，主要考虑异步电机的惯量响应和紧急可中断负荷的主动切负荷模拟惯量；
33、负荷侧惯量资源中，主要考虑异步电机的惯量响应和紧急可中断负荷的主动切负荷模拟惯量；
34、异步电机的频率响应传递函数可表示为：
35、
36、式中，ham为异步电机惯性时间常数，k1，k2和k3可通过公示推导计算求得：
37、
38、
39、
40、
41、kms＝kωr0ρ(1-α)(1-sslip0)ρ-1 (13)
42、kmw＝k[α+(1-α)(1-sslip0)ρ] (14)
43、式中，ωr0为异步电机初始转速，ω0为系统转速初值，xs和rs为定子绕组的等值漏抗和电阻，xr和rr为转子绕组的等值漏抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，多种惯量资源的电力系统转子运动方程：
4.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所述步骤s1中，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统惯量需求评估方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，邵宝珠，商文颖，李卫东，赵琳，宋坤，杨博，李雍睿，郭志彤，吉星，侯依昕，刘广朔，李美君，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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