[發明專利]多機系統頻率響應的等效方法及裝置

在審

• 申請號: 202110300966.7
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112886614A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 趙天騏;謝歡;羅亞洲;王茂海;賈琳;譚貝斯;趙峰;曾兵;羅婧;夏雪;郝婧;張涵之;王澤森;劉瑛琳
• 申請（專利權）人: 華北電力科學研究院有限責任公司;國家電網公司華北分部;國網冀北電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;浙江大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 侯天印;郝博

本發明公開了一種多機系統頻率響應的等效方法及裝置，該方法包括：聯立交流網絡有功潮流方程、同步機搖擺方程和同步機調速器動態方程，確定多機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數，其中，交流網絡有功潮流方程中的電力電子裝備節點和負荷節點已消去；將消去電力電子裝備節點和負荷節點后的壓縮電納矩陣的零特征值和對應的特征向量，代入多機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數，確定多機系統頻率共模分量，將多機系統頻率共模分量通過單機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數等效表征，本發明實現了基于頻率共模分量的多機系統頻率響應特性的定量分析，降低了頻率響應特性分析的復雜度。

技術領域

本發明涉及同步機頻率響應分析技術領域，尤其涉及一種多機系統頻率響應的等效方法及裝置。

背景技術

隨著新能源的大規模并網，電力電子裝備在現代電力系統中滲透率越來越高。不同于同步機的是，新能源一般通過電力電子裝備并網，在傳統的控制結構下一般不響應電網頻率變化也不提供慣量，進而導致電網的調頻能力下降。例如，目前風機和光伏主要運行于最大功率點跟蹤模式而不響應電網的頻率波動，這導致有功擾動下電網可能有較低的頻率低點及較大的頻率變化率，并引起系統保護動作。頻率低點過低時還可能觸發低頻減載，嚴重時甚至會造成系統解列。

針對上述問題，系統受擾后頻率響應的特征受到了廣泛的關注。學術界和工業界主要關注兩個指標，即頻率變化率和頻率最大偏移量，以防止系統低頻/高頻保護動作。

頻率變化率問題，因為慣量和零時刻的頻率變化率存在簡單的解析式，故通常是用慣量來表征。然而，若系統中有大量提供頻率阻尼的設備(如新能源、儲能等快速的一次調頻)，頻率變化率將在擾動后快速變小，零時刻的變化率并不能較好反映受擾后頻率軌跡的變化趨勢。因此，在新能源高占比的系統中，僅依靠慣量不能很好地反映頻率零時刻開始的一小段時間內的變化規律。

頻率最大偏移問題，由于系統動態非常復雜(高階強耦合的多機系統)，導致實際很難將頻率最大偏移點解析出來，給定量化頻率最低點帶來較大的挑戰。為此，眾多學者采用近似模型估計出頻率最低點，然而近似模型階數仍然較多，難以進行定量分析。

針對電力電子裝備調頻能力不足的問題，國內外學者開展了大量研究，并相應地提出了下垂控制(一次調頻)和虛擬慣量等調頻方法。針對下垂控制，有文獻指出了新能源一次調頻的重要性，提出了根據新能源所在電網送端、受端位置和分類來進行一次調頻參數設置。針對虛擬慣量，學術界提出了一種虛擬同步控制策略，可在為系統提供慣性、阻尼的同時實現微電網不同運行模式的無縫切換，并介紹了虛擬同步發電機的并網穩定、故障穿越等并網適應性問題，總結梳理了已有研究成果和局限性。考慮到兩種調頻方法的差異，有學者對虛擬同步控制及下垂控制進行了對比分析，指出下垂控制中的延時可為系統提供慣性，并據此提出一種改進的下垂控制。

但是，現有的下垂控制、虛擬慣量等調頻策略本質上都是在頻率波動時提供額外的有功功率來改善系統的頻率特性，并未對頻率響應特性進行定量分析。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明實施例提供一種多機系統頻率響應的等效方法，用于對頻率響應特性進行定量分析，降低頻率響應特性分析的復雜度，該方法包括：

聯立交流網絡有功潮流方程、同步機搖擺方程和同步機調速器動態方程，確定多機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數，其中，交流網絡有功潮流方程中的電力電子裝備節點和負荷節點已消去；

將消去電力電子裝備節點和負荷節點后的壓縮電納矩陣的零特征值和對應的特征向量，代入多機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數，確定多機系統頻率共模分量；

將多機系統頻率共模分量通過單機系統的頻率與功率擾動之間的傳遞函數等效表征。

本發明實施例提供一種多機系統頻率響應的等效裝置，用于對頻率響應特性進行定量分析，降低頻率響應特性分析的復雜度，該裝置包括：