[發(fā)明專利]一種多機(jī)電力系統(tǒng)的頻率強(qiáng)度參數(shù)測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010804311.9
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN112152197B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛煥海;高暉勝;張雯欣;李知藝;胡鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24;H02J3/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種多機(jī)電力系統(tǒng)的頻率強(qiáng)度參數(shù)測定方法。在包含發(fā)電機(jī)的多機(jī)電力系統(tǒng)中，得到發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的壓縮拉普拉斯矩陣及等效擾動(dòng)以及等效擾動(dòng)與頻率之間的關(guān)系；進(jìn)而處理獲得發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)下的若干頻率模態(tài)分量和發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的近似頻率；選擇在擾動(dòng)下節(jié)點(diǎn)的頻率軌跡作為關(guān)鍵軌跡，并確定關(guān)鍵軌跡所主導(dǎo)的頻率模態(tài)分量；針對關(guān)鍵軌跡所主導(dǎo)的頻率模態(tài)分量，將各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為慣量?阻尼?積分結(jié)構(gòu)得到近似關(guān)鍵軌跡，再分解歸一化，獲得有效模態(tài)慣量、有效模態(tài)阻尼及有效模態(tài)積分的三個(gè)參數(shù)，再處理獲得頻率強(qiáng)度參數(shù)。本發(fā)明得到精度較高的頻率強(qiáng)度參數(shù)，量化頻率強(qiáng)度分析，獲得準(zhǔn)確的弱同步電網(wǎng)電力系統(tǒng)頻率強(qiáng)度參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種電力系統(tǒng)參數(shù)獲得方法，尤其是涉及了一種多機(jī)電力系 統(tǒng)的頻率強(qiáng)度參數(shù)測定方法。

背景技術(shù)

近年來新能源接入電網(wǎng)的容量越來越大，電力系統(tǒng)的慣量降低、頻率特性 惡化。為實(shí)現(xiàn)弱同步電網(wǎng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，進(jìn)一步提升新能源滲透率，需 要對電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定裕度或頻率強(qiáng)度進(jìn)行量化評估。

目前在電力系統(tǒng)頻率強(qiáng)度表征方面，慣量是一個(gè)常用來衡量頻率變化率的 參數(shù)，電力系統(tǒng)總慣量與頻率變化率有明確的反比關(guān)系。常用的參數(shù)還有頻率 偏差因子，可反映電網(wǎng)一次調(diào)頻能力和功率缺額后的穩(wěn)態(tài)頻率。此外，也有反 映頻率超調(diào)量(頻率最低點(diǎn))的參數(shù)，如動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)系數(shù)。前述參數(shù)均基于 電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)頻率一致的假設(shè)。事實(shí)上，電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)頻率存在空間分布差 異，而且當(dāng)電網(wǎng)同步性能較差時(shí)，這種差異可能較大。

目前已有許多參數(shù)考慮了頻率的分布特性，例如有學(xué)者從慣量阻礙頻率變 化的固有屬性出發(fā)，定義了節(jié)點(diǎn)慣量量化慣量在電網(wǎng)中的分布。H₂、H_∞范數(shù)也 可用來量化多機(jī)系統(tǒng)的頻率特性。然而，目前少有文獻(xiàn)分析考慮頻率分布特性 的最低點(diǎn)問題，且基于一致頻率建立的最低點(diǎn)參數(shù)形式也較為復(fù)雜，不利于分 析。頻率最低點(diǎn)在工程中有重要的意義，其與電力系統(tǒng)的低頻減載等保護(hù)措施 密切相關(guān)。此外，由于慣量只能反映擾動(dòng)后的初始頻率變化率，當(dāng)系統(tǒng)阻尼較 大時(shí)，初始變化率和擾動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)(如幾百毫秒內(nèi))的平均頻率變化率可 能存在一定差異，而實(shí)際工程中更關(guān)心后者。因此，需要建立更完善的低慣性 電力系統(tǒng)頻率強(qiáng)度參數(shù)，量化考慮頻率分布的最低點(diǎn)與平均頻率變化率。

發(fā)明內(nèi)容

為了評估弱同步電網(wǎng)的頻率強(qiáng)度，本發(fā)明提出了一種多機(jī)電力系統(tǒng)的頻率 強(qiáng)度參數(shù)測定方法，可通過形式非常簡單的參數(shù)量化分析弱同步電網(wǎng)中的頻率 最低點(diǎn)及平均變化率。

本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：

1)在包含同步機(jī)、電力電子發(fā)電裝備等發(fā)電機(jī)的多機(jī)電力系統(tǒng)中，由多機(jī) 電力系統(tǒng)的拉普拉斯矩陣消去負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和無源節(jié)點(diǎn)的恒功率節(jié)點(diǎn)的部分得到發(fā) 電機(jī)節(jié)點(diǎn)的壓縮拉普拉斯矩陣L_r及等效擾動(dòng)Δu_E(s)；結(jié)合壓縮拉普拉斯矩陣L_r與發(fā)電機(jī)的頻率-有功傳遞函數(shù)矩陣G(s)，得到發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的等效擾動(dòng)Δu_E(s)與 頻率Δω(s)之間的關(guān)系；

多機(jī)電力系統(tǒng)中存在包含有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和無源節(jié)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)節(jié) 點(diǎn)上接有同步機(jī)、電力電子發(fā)電裝備等發(fā)電機(jī)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和無源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了恒 功率節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)是指接有用電設(shè)備的節(jié)點(diǎn)，無源節(jié)點(diǎn)是指沒有發(fā)電機(jī)和用 電設(shè)備的節(jié)點(diǎn)。

2)根據(jù)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的等效擾動(dòng)與頻率之間的關(guān)系處理獲得發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)下的 若干頻率模態(tài)分量Δω_k(s)，進(jìn)而獲得發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的近似頻率

3)選擇多機(jī)電力系統(tǒng)在擾動(dòng)下節(jié)點(diǎn)的頻率軌跡作為關(guān)鍵軌跡Δω_ck(s)，并確 定關(guān)鍵軌跡所主導(dǎo)的頻率模態(tài)分量；

進(jìn)而以下根據(jù)關(guān)鍵軌跡進(jìn)行頻率強(qiáng)度參數(shù)獲得。

4)通過迭代算法，針對關(guān)鍵軌跡所主導(dǎo)的第k個(gè)頻率模態(tài)分量，將各發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)換為慣量-阻尼-積分結(jié)構(gòu)，得到近似關(guān)鍵軌跡；