[發(fā)明專利]基于ARMAX系統(tǒng)辨識的電力系統(tǒng)慣量實(shí)時(shí)評估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010132208.4
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111293686A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐波;章林煒;邊曉燕;李東東
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24;H02J3/38;G06F30/20;G06F113/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

本發(fā)明涉及一種基于ARMAX系統(tǒng)辨識的電力系統(tǒng)慣量實(shí)時(shí)評估方法，該方法基于如下步驟：(1)獲取電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)各發(fā)電機(jī)和風(fēng)電場出口側(cè)有功功率與頻率波動(dòng)；(2)將有功功率變化作為輸入，頻率變化作為輸出，構(gòu)建由有功功率變化到頻率變化的ARMAX辨識模型；(3)計(jì)算ARMAX辨識模型階躍響應(yīng)后的頻率變化率；(4)將階躍響應(yīng)后的頻率變化率代入搖擺方程獲取慣性時(shí)間常數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅能夠精確反映電力系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)下慣量的動(dòng)態(tài)變化，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及新能源并網(wǎng)提供輔助決策，而且還可以根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新評估結(jié)果，有助于了解電力系統(tǒng)潛在的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)生意外事故后保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)慣量實(shí)時(shí)評估方法，尤其是涉及一種基于ARMAX系統(tǒng)辨識的電力系統(tǒng)慣量實(shí)時(shí)評估方法。

背景技術(shù)

慣性是電力系統(tǒng)的固有屬性，表現(xiàn)為系統(tǒng)對擾動(dòng)引起頻率波動(dòng)的阻抗作用，是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。慣量是衡量電力系統(tǒng)由于慣性，在受到擾動(dòng)后吸收或注入有功功率能力的參數(shù)。電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率需要維持在一定的范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)受到一定大小的擾動(dòng)后，系統(tǒng)頻率變化受系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)H的影響，H越大，系統(tǒng)頻率變化率越小，系統(tǒng)頻率下降得越慢，為一次調(diào)頻爭取更多時(shí)間，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力越強(qiáng)。因此，H是表征系統(tǒng)慣量大小，體現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

大多數(shù)慣量在傳統(tǒng)意義上是由同步發(fā)電機(jī)的物理旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所提供的，然而傳統(tǒng)能源的日益匱乏促使各國加快了新能源的開發(fā)，其中風(fēng)電、光伏的大量接入取代了電力系統(tǒng)中部分同步發(fā)電機(jī)。風(fēng)電滲透率的不斷提高使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定受到極大威脅。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多通過電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)解耦，無法響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，這使得系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅。

針對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給傳統(tǒng)電網(wǎng)造成的慣性缺失問題，在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)變換器上加入虛擬慣量控制，使風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)改變自身輸出功率，對外表現(xiàn)出等效慣量，是一種有效的解決方案?？紤]到風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和時(shí)變性，可以根據(jù)風(fēng)電場各風(fēng)機(jī)工況狀態(tài)改變其虛擬慣量?，F(xiàn)有慣性估計(jì)方法的研究集中在電網(wǎng)中同步機(jī)的慣量在線評估，忽略了對風(fēng)機(jī)虛擬慣量控制實(shí)際效果的綜合評測，缺乏對其控制性能所表現(xiàn)出的有效慣量進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，難以實(shí)時(shí)量化對電網(wǎng)的支撐作用。在輔助服務(wù)市場中，電網(wǎng)公司更無法根據(jù)風(fēng)電場所提供的調(diào)頻輔助服務(wù)的強(qiáng)弱，給予經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。因此在線評估風(fēng)電場和整個(gè)電力系統(tǒng)的慣量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。然而，風(fēng)電場實(shí)際輸出的慣性，可能與控制器中的參數(shù)設(shè)置并不一致。因此，如何根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)識別出其慣性大小顯得非常關(guān)鍵。準(zhǔn)確測量系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)有助于反映電力系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)下慣量的動(dòng)態(tài)變化，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行以及新能源并網(wǎng)提供輔助決策，而且還可以根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)在線更新評估結(jié)果，提高對電網(wǎng)穩(wěn)定性及抗擾動(dòng)能力判斷的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

傳統(tǒng)慣量評估方法一般采用發(fā)電機(jī)搖擺方程計(jì)算慣量時(shí)間常數(shù)H。雖然傳統(tǒng)的基于大擾動(dòng)的慣量在線評估方法準(zhǔn)確性較高，但需要電網(wǎng)中大擾動(dòng)的激勵(lì)，如線路短路，發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行等，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不能實(shí)現(xiàn)慣量的實(shí)時(shí)評估，適用性較低。

基于系統(tǒng)辨識的慣量評估方法利用電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的有功功率與頻率波動(dòng)，使用ARMAX系統(tǒng)辨識方法，建立由發(fā)電機(jī)有功功率變化到頻率變化量的動(dòng)態(tài)模型，從所識別的辨識模型中獲取慣性時(shí)間常數(shù)H。與傳統(tǒng)慣量評估方法相比，該方法只需利用電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)測數(shù)據(jù)就可進(jìn)行慣量評估，不需要大擾動(dòng)的激勵(lì)，可以在線評估電力系統(tǒng)慣量。傳統(tǒng)評估方法需要確定擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻，并且在調(diào)頻過程中無法區(qū)分慣量響應(yīng)與一次調(diào)頻響應(yīng)，而該方法在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行慣量評估，一次調(diào)頻不參與調(diào)頻過程，由此可以避免一次調(diào)頻對慣量評估的影響，從而提高慣量評估準(zhǔn)確性。