[發(fā)明專利]一種基于全狀態(tài)響應時域解的自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210724604.5
• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN115036915A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 李振垚;何國慶;甘德強
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于全狀態(tài)響應時域解的自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在考慮頻率動態(tài)響應的慣量響應階段的頻率變化率時，基于全狀態(tài)響應時域解，確定電力系統(tǒng)的最低慣量；

S2：在考慮頻率動態(tài)響應的一次調頻響應階段的穩(wěn)態(tài)頻率時，基于全狀態(tài)響應時域解，確定電力系統(tǒng)的最大調差系數(shù)；

S3：在自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)中，基于全狀態(tài)響應時域解，確定自同步電壓源類型的新能源參數(shù)，新能源參數(shù)為自同步電壓源的最低慣量要求和最高有功-頻率下垂系數(shù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于全狀態(tài)響應時域解的自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：

步驟1.1)對于電力系統(tǒng)，在只考慮頻率動態(tài)響應的慣量響應階段時，求解頻率動態(tài)響應的狀態(tài)空間模型，具體為：

式中，x為狀態(tài)變量，A和B分別為狀態(tài)矩陣和輸入矩陣，r為輸入向量；

引入坐標變換：

x＝Vz (2)

式中，V為矩陣A的右特征向量形成的矩陣，z為坐標變換后的狀態(tài)矩陣；

將式(2)代入式(1)的狀態(tài)空間模型，得：

式中，U＝V^-1，Λ為矩陣A的特征值形成的對角陣，G＝UB；將式(3)表示為n個解耦的一階方程，第i個方程為：

式中，z_i為第i個狀態(tài)變量，λ_i為第i個特征值，g_i,:為G的第i行；r_j為階躍響應，其拉氏變換R_j(s)＝a_j/s，a_j為階躍響應的幅值，對式(4)兩邊取拉氏變換：

式中，s為拉普拉斯算子；令解得坐標變換后的狀態(tài)變量的時域解為：

其初值滿足：

式中，u_i為狀態(tài)矩陣A的第i個左特征值向量，T表示矩陣轉置；

令電力系統(tǒng)存在的零特征值為第一個特征值，得到坐標變換前的狀態(tài)變量的時域解為：

用式(7)的零狀態(tài)響應時域解表示功率擾動影響的電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題，具體為：

式中，v_i為狀態(tài)矩陣A的第i個右特征值向量，n為狀態(tài)變量的個數(shù)，t為時間；

步驟1.2)考慮系統(tǒng)中發(fā)電機只包含同步機和虛擬同步控制方式的自同步電壓源的情況，在功率擾動發(fā)生后的慣量響應階段，用下述二階模型表示電力系統(tǒng)：

式中，Δδ為同步機轉子角形成的向量，Δω為同步機轉速形成的向量，M和D分別為發(fā)電機慣量和阻尼系數(shù)形成的對角陣，f為50Hz，Λ和Γ的矩陣表達式如下：

式中，E為暫態(tài)電抗后的內動勢或變流器內電壓，B和G分別為Kron化簡后的網絡電納和電導，δ_ij為發(fā)電機i與j的相角差，i與j表示同步機的編號，下標0表示對應的變量在平衡點的值；

令L＝Λ+Γ，進而得到電力系統(tǒng)的雅克比矩陣J為：

步驟1.3)減小部分同步機出力以模擬發(fā)生功率缺額的情況，令步驟1.1)的狀態(tài)空間模型中的r＝ΔP_m，得到同步機機械功率發(fā)生階躍變化時的狀態(tài)空間模型：

式中，ΔP_m表示同步機機械功率的變化量向量；

則全狀態(tài)響應時域解為：

令一臺同步機為參考機以消去式(13)的零特征值，從而得到狀態(tài)變量的變化率如下所示：

式中，V′、U′表示消去零特征值后雅克比矩陣的右、左特征值向量形成的矩陣，E_λ表示形成的對角陣；

步驟1.4)電力系統(tǒng)的慣性中心頻率ω_coi為：

則慣性中心頻率變化率為：

式中，M_col表示同步機慣量形成的列向量，M_i表示第i臺同步機的慣量，V_ω表示右特征值向量形成的矩陣中與轉速相關的部分；

步驟1.5)通過零時刻的慣性中心頻率的初始頻率變化率表示慣量響應階段的頻率變化率：

根據(jù)式(17)和頻率動態(tài)響應的慣量響應階段的頻率變化率要求確定電力系統(tǒng)的最低慣量。