[發明專利]一種考慮風電-直流輔助調頻的電網頻率態勢在線預測方法

有效

• 申請號: 202010634608.5
• 申請日: 2020-07-04
• 公開（公告）號: CN111654042B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 黨杰;徐友平;王斌;李小平;潘曉杰;王瑩;王玉坤;湯奕;張慕婕;楊丹;邊宏宇;周悅;劉靜;李剛;饒渝澤
• 申請（專利權）人: 國家電網公司華中分部;東南大學;國網湖北省電力有限公司電力科學研究院;國網湖北省電力有限公司;國網湖南省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種考慮風電-直流輔助調頻的電網頻率態勢在線預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

包括如下步驟：

(1)實時監控分析電網的運行狀態，判斷是否發生了功率缺額事件；

(2)若電網沒有發生功率缺額事件，則返回步驟(1)繼續監控；若電網發生了功率缺額事件，則進入步驟(3)；

(3)采集電網的運行狀態數據以及各個機組的設備信息；

所述電網的運行狀態數據以及各個機組的設備信息具體包括：第i臺火電機組慣性時間常數H_i，阻尼常數D_i，機械功率增益K_mi、汽輪機時間常數T_Ri，一次調頻系數R_i， 第j臺風電機組虛擬慣性系數H_wj，虛擬阻尼系數D_wj，第k條直流輸電線路的一階慣性環節時間常數T_mesRk和T_mesIk，用于模擬測量引起的滯后情況，微分時間常數T_wrk和T_wik，用于隔離直流分量，調制增益系數K_Sk和K_Lk，濾波器時間常數T_fk、T_OSk和T_OLk，超前-滯后環節時間常數T_0S、T_1S、T_2S、T_3S、T_4S和T_0L、T_1L、T_2L、T_3L、T_4L，第m臺抽水蓄能電站機組的水流慣性時間常數T_wm，系統反饋時間常數T_im，調差系數δ_m，系統反饋系數β_m和水泵模式響應調頻系數K_Dpm；

(4)基于傳統系統頻率響應模型，建立考慮風電-直流輔助調頻能力的電網頻率態勢預測聚合模型，所述電網頻率態勢預測聚合模型中加入風電機組的虛擬慣量調頻模型、直流頻率調制控制器模型，以及抽水蓄能電站的調頻模型，并對各個模型中關鍵參數進行等值聚合；

所述風電機組的虛擬慣量調頻模型計及了風電機組的虛擬慣性環節，使得風電機組能夠參與系統的調頻任務，含風電的電力系統頻率響應傳遞函數為：

ΔP_w＝ρ(2H_ws+D_w)Δω (1)

其中ρ為風電滲透率，H_w為聚合后風電機組的虛擬慣性系數，D_w為聚合后風電機組的虛擬阻尼系數，ΔP_w為風電機組的有功功率增量，Δω為系統頻率的偏移量，s為拉普拉斯變化后的復變量；

所述直流頻率調制控制器模型如下：

直流送端系統弱，受端系統較強時，直流頻率調制的系統頻率響應傳遞函數為：

ΔP_d為直流系統的有功功率增量，T_wr是聚合后直流系統的微分時間常數，K_S是聚合后直流系統的調制增益系數，T_f是聚合后直流系統的濾波器時間常數；

直流送端和受端交流系統都較弱時，直流頻率調制的系統頻率響應傳遞函數為：

T_wi是聚合后直流系統的微分時間常數，Δω_R為直流受端交流系統頻率的偏移量，Δω_I為直流送端系統頻率的偏移量，K_L是聚合后直流系統的調制增益系數；

對于直流受端系統而言，忽略送端系統的頻率響應，即式(3)變為：

所述抽水蓄能電站的調頻模型如下：

當抽水蓄能電站運行在發電模式時，根據其水輪機組的調速器模型，得到其系統頻率響應的傳遞函數為：

δ為聚合后抽水蓄能電站水電機組的調差系數；

當抽水蓄能電站運行在水泵模式時，抽水蓄能電站相當于一個可響應系統頻率變化的負荷，聚合后抽水蓄能電站水泵模式的響應調頻系數為K_Dp，則其系統頻率響應函數為：

ΔP_p＝K_DpΔω (6)

所述關鍵參數的等值聚合包括以下過程：

根據火電機組、風電機組和抽水蓄能電站機組的基準功率，對采集到的數據進行歸化、聚合，對于電網中的N臺火電機組、M臺風電機組和L臺抽水蓄能電站水電機組，定義火電機組的總基準功率為風電機組的總基準功率為抽水蓄能電站水電機組的總基準功率為其歸化、聚合方法如下：

D、K_m、T_R、R分別為聚合后火電機組慣性時間常數、阻尼常數、機械功率增益、汽輪機時間常數、一次調頻系數；H_w、D_w分別為聚合后風電機組的虛擬慣性系數、虛擬阻尼系數；T_w、T_i、δ、β、K_P分別為聚合后抽水蓄能電站水電機組的水流慣性時間常數、系統反饋時間常數、調差系數、系統反饋系數、負荷模式響應調頻系數；

(5)根據步驟(3)中采集到的電網的功率缺額值以及相關運行數據整定電網頻率態勢預測聚合模型中的參數信息；

(6)對所建立的電網頻率態勢預測聚合模型進行仿真計算或者根據模型推導所得的s域表達式給出相應運行工況下電網頻率態勢的在線預測結果。

2.根據權利要求1所述的考慮風電-直流輔助調頻的電網頻率態勢在線預測方法，其特征在于，所述電網頻率態勢預測聚合模型公式表達如下：

ΔP＝ΔP_t+ΔP_w+ΔP_d+ΔP_p (7)

該式表明當功率缺額為ΔP時，火電機組、風電機組、直流調制和抽水蓄能電站根據相應的頻率波動Δω分別提供有功功率增量ΔP_t、ΔP_w、ΔP_d、ΔP_p以平穩電網的頻率波動。