[發(fā)明專利]一種基于全狀態(tài)響應(yīng)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

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• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN115036915A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振垚;何國慶;甘德強
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于全狀態(tài)響應(yīng)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。該方法包括以下步驟：S1：在考慮頻率動態(tài)響應(yīng)的慣量響應(yīng)階段的頻率變化率時，基于全狀態(tài)響應(yīng)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(yīng)的一次調(diào)頻響應(yīng)階段的穩(wěn)態(tài)頻率時，基于全狀態(tài)響應(yīng)時域解，確定電力系統(tǒng)的最大調(diào)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(yīng)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)。本發(fā)明實現(xiàn)了電力系統(tǒng)參數(shù)對頻率穩(wěn)定性影響的分析，保證了自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率安全性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析與控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于全狀態(tài)響應(yīng)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。

背景技術(shù)

隨著新能源大容量并入電網(wǎng),以及電力電子器件的發(fā)展應(yīng)用，電力系統(tǒng)的運行規(guī)模日益增大，電力系統(tǒng)頻率動態(tài)行為愈發(fā)復(fù)雜，亟需有效的頻率穩(wěn)定分析方法和控制手段。電力系統(tǒng)有功功率波動導(dǎo)致同步機組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，進而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率發(fā)生偏差，準確刻畫頻率動態(tài)響應(yīng)過程是保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。

頻率動態(tài)響應(yīng)基本特征包括慣量響應(yīng)階段的頻率變化率(rate of change offrequency,RoCoF)、一次調(diào)頻階段的最低頻率點(nadir frequency,NF)和穩(wěn)態(tài)頻率誤差。慣性是系統(tǒng)頻率抵抗外界擾動的重要表現(xiàn)，在頻率動態(tài)響應(yīng)過程中體現(xiàn)為頻率變化率，大規(guī)模新能源的接入降低了系統(tǒng)慣量水平，從而增大了慣量響應(yīng)階段的頻率變化率。

新能源發(fā)電機組通常運行在最大功率跟蹤控制下，在發(fā)生擾動時無法主動參與電網(wǎng)調(diào)頻，導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)能力不斷下降，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。新能源的低慣性和低抗擾性是引發(fā)英國“8·9”大停電事故的原因之一，單一故障導(dǎo)致了新能源機組脫網(wǎng)，功率不平衡進一步擴大，使得系統(tǒng)頻率快速跌落，觸發(fā)了低頻切負荷系統(tǒng)的動作。即使目前新能源發(fā)電系統(tǒng)具備了低電壓穿越能力，但大面積新能源發(fā)電機組進入低穿過程引起的有功功率缺額仍然威脅暫態(tài)頻率穩(wěn)定。

近年來提出的采用虛擬同步機等控制策略的自同步電壓源能夠模擬同步機的運行方式，在電網(wǎng)頻率波動時調(diào)整輸出功率，一定程度上有助于緩解電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)壓力。但目前仍然缺少系統(tǒng)化的新能源系統(tǒng)參數(shù)對電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性影響的量化評估方法，亟需開展適用于高比例新能源電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定評估方法研究。

目前電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析主要分為三種：1.時域仿真法，即通過數(shù)值積分方法求解描述系統(tǒng)的微分代數(shù)方程組，逐步積分計算系統(tǒng)運動軌跡，判斷系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，雖然時域仿真法計算精度高，但難以解釋內(nèi)在穩(wěn)定機理；2.簡化模型方法，即基于系統(tǒng)平均頻率的單機帶集中負荷模型，能夠給出新能源滲透的電力系統(tǒng)頻率模型，估計新能源滲透率的上限，但一般認為模型過于簡單，缺乏對網(wǎng)絡(luò)特征及機組間振蕩的描述，基于多機的頻率響應(yīng)模型也處于研究初始階段；3.基于人工智能方法，在訓(xùn)練數(shù)據(jù)大的條件能夠給出精度較高的結(jié)果，但此類方法對內(nèi)在物理機理解釋不清晰。

多機電力系統(tǒng)可以用一組微分方程描述，在研究頻率穩(wěn)定問題時其狀態(tài)變量時域響應(yīng)解可以用線性化模型的狀態(tài)矩陣特征值及其相應(yīng)的左、右特征向量求得，從而可以從系統(tǒng)參數(shù)對特征值的影響得到系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)頻率動態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)系，進而通過參數(shù)的設(shè)置使得頻率動態(tài)響應(yīng)滿足電力系統(tǒng)頻率安全要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于全狀態(tài)響應(yīng)時域解的自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析方法和系統(tǒng)，利用電力系統(tǒng)近似全狀態(tài)響應(yīng)時域解，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)參數(shù)對頻率穩(wěn)定性影響的分析，提高了對高滲透率新能源下的新型電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的認識，保證了自同步新能源接入場景電力系統(tǒng)頻率安全性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案包括以下步驟：

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

所述步驟S1具體為：