本发明涉及电力系统,尤其涉及一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估方法。
背景技术:
::1、传统的电力系统中,同步发电机占据主导地位,其惯量响应和一次调频功能能有效应对电网负荷变化,通过转速调整和调速器作用,防止电网频率发生大幅波动,从而确保电力系统的频率稳定性。2、然而,随着新能源,特别是风电并网比重的不断增加,同步发电机的主导地位逐渐削弱。新能源主要通过电力电子变流器接入电网,而风电机组本身缺乏惯量、无功支撑能力弱,且基本不提供短路电流,导致新能源系统惯量缺失的影响日益显著。3、因此,急需评估沿海风电并网对电力系统安全稳定运行的影响,特别是风电并网对电力系统频率特性的影响。技术实现思路1、基于此,有必要针对上述问题,提出了一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估方法,从稳态和动态两个角度来实现了评估风电并网对电力系统频率特性的影响,以为保证电力系统安全稳定运行提供依据。2、为实现上述目的,本发明在第一方面提供一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估方法,所述方法包括:3、将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型;4、根据所述频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数;5、向风电并网之后的电力系统投入预设临时负载扰动,根据所述闭环传递函数、所述预设临时负载扰动和所述当前接入比例确定电网频率稳态响应指标;6、根据所述闭环传递函数确定频率时域动态响应函数;7、根据所述频率时域动态响应函数和所述电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标;8、根据所述电网频率稳态响应指标和所述电网频率动态响应指标确定评估结果。9、可选地,所述根据所述频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数,包括:10、根据所述频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的开环传递函数;11、根据所述开环传递函数确定所述闭环传递函数。12、可选地,13、所述频率响应模型为:14、所述开环传递函数为:15、所述闭环传递函数为:16、其中,t1=tch,t2=fhptrh,t3=trh,17、其中,δωsg为所述电力系统的同步发电机组的同步发电机的频率的变化量,η为所述风电机组的当前接入比例,s为拉普拉斯算子,r为所述同步发电机组的调速器的调差系数,δpl为所述电力系统的负荷对频率不敏感的负荷的变化量,hsg为所述同步发电机的惯性常数,d为所述电力系统的负荷阻尼常数,gsg,open为所述开环传递函数,gsg,closed为所述闭环传递函数,tch为所述调速器的时间常数,fhp为所述电力系统的同步发电机组的汽轮机的高压缸的稳态输出功率与所述汽轮机的总输出功率之间的百分比,trh为所述汽轮机的再热器的时间常数,swt为所述风电机组的当前接入比例所对应的装机容量,ssg为所述同步发电机组的装机容量。18、可选地,所述根据所述闭环传递函数、所述预设临时负载扰动和所述当前接入比例确定电网频率稳态响应指标,包括:19、利用公式确定所述电网频率稳态响应指标;20、其中,t1=tch,t2=fhptrh,t3=trh,21、其中,δωgstable为所述电网频率稳态响应指标,δωsg(t)为在时域下的所述电力系统的同步发电机组的同步发电机的频率的变化量,δpl为所述电力系统的负荷对频率不敏感的负荷的变化量,即为风电并网之后的电力系统投入的所述预设临时负载扰动,s为拉普拉斯算子,gsg,closed为所述闭环传递函数,d为所述电力系统的负荷阻尼常数,r为所述电力系统的同步发电机组的调速器的调差系数,η为所述风电机组的当前接入比例,hsg为所述同步发电机的惯性常数,tch为所述调速器的时间常数,fhp为所述电力系统的同步发电机组的汽轮机的高压缸的稳态输出功率与汽轮机的总输出功率之间的百分比,trh为所述汽轮机的再热器的时间常数,ssg为所述同步发电机组的装机容量,swt为所述风电机组的当前接入比例所对应的装机容量。22、可选地,所述根据所述闭环传递函数确定频率时域动态响应函数,包括:23、根据所述闭环传递函数确定频域动态响应函数;24、对所述频域动态响应函数进行反拉氏变换,得到所述频率时域动态响应函数。25、可选地,26、所述闭环传递函数为:27、对所述闭环传递函数进行整理,得到:28、所述频域动态响应函数为:29、对所述频域动态响应函数进行因式分解,得到:30、所述频率时域动态响应函数为:31、其中,t1=tch,t2=fhptrh,t3=trh,32、其中,gsg,closed为所述闭环传递函数,hsg为所述电力系统的同步发电机组的同步发电机的惯性常数,s为拉普拉斯算子,d为所述电力系统的负荷阻尼常数,η为所述风电机组的当前接入比例,r为所述同步发电机组的调速器的调差系数,k1至k4、b0至b2、a0至a3、kr、zi和sj均为所述闭环传递函数整理之后的数学常数,δωg(s)为所述频域动态响应函数,δpl为所述电力系统的负荷对频率不敏感的负荷的变化量,即为风电并网之后的电力系统投入的所述预设临时负载扰动,p1为衰减时间常数,ζ1为阻尼系数,ωn1为特征频率,a0、a1、β1和γ1为所述频域动态响应函数因式分解之后的各个极值,δωg(t)为所述频率时域动态响应函数,e为自然常数,t为时间,tch为所述调速器的时间常数,fhp为所述同步发电机组的汽轮机的高压缸的稳态输出功率与所述汽轮机的总输出功率之间的百分比,trh为所述汽轮机的再热器的时间常数,ssg为所述同步发电机组的装机容量,swt为所述风电机组的当前接入比例所对应的装机容量。33、可选地,所述电网频率动态响应指标包括最低值时间、上升时间和超调量,所述根据所述频率时域动态响应函数和所述电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标,包括:34、对所述频率时域动态响应函数中的时间求导且令其导数为0,得到所述最低值时间;35、将所述所述最低值时间代入所述频率时域动态响应函数中的时间,得到最低值频率;36、令所述电网频率稳态响应指标等于所述频率时域动态响应函数,得到所述上升时间;37、根据所述最低值频率和所述电网频率稳态响应指标确定所述超调量。38、可选地,所述电网频率动态响应指标包括最低值时间、上升时间和超调量,所述根据所述电网频率稳态响应指标和所述电网频率动态响应指标确定评估结果,包括:39、获取所述电力系统的原电网频率稳态响应指标和原电网频率动态响应指标,其中所述原电网频率动态响应指标包括原最低值时间、原上升时间和原超调量;40、根据所述原电网频率稳态响应指标与所述电网频率稳态响应指标之间的差值、所述原最低值时间与所述最低值时间之间的差值、所述原上升时间与上升时间之间的差值和所述原超调量与超调量之间的差值确定所述评估结果。41、可选地,所述将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型,包括:42、根据所述电力系统的同步发电机组的同步发电机的功率与转矩之间的功率转矩关系,对所述同步发电机的转速与转矩之间的第一小信号传递函数进行转换,得到所述同步发电机的转速与功率之间的第二小信号传递函数;43、根据所述电力系统的负荷对频率的依赖关系,对所述第二小信号传递函数进行调整,得到所述同步发电机的第三小信号传递函数;44、根据所述第三小信号传递函数和所述同步发电机的发电机传递函数确定所述同步发电机的第四小信号传递函数;45、将所述第四小信号传递函数中的参考负荷设为恒定值,对所述第四小信号传递函数进行化简,得到所述频域响应模型;46、将所述风电机组接入所述频域响应模型,得到所述频率响应模型。47、可选地,48、所述功率转矩关系为:psg=ωsgtsg;49、所述第一小信号传递函数为:50、所述第二小信号传递函数为:51、所述依赖关系为:δpsge=δpl+dδωsg;52、所述第三小信号传递函数为:53、所述发电机传递函数为:54、所述第四小信号传递函数为:55、所述频域响应模型为:56、所述频率响应模型为:57、其中,t1=tch,t2=fhptrh,t3=trh,58、其中,psg为所述同步发电机的功率,ωsg为所述同步发电机的频率,tsg为所述同步发电机的转矩,tsgm为所述同步发电机的机械转矩,tsge为所述同步发电机的电磁转矩,hsg为所述同步发电机的惯性常数,s为拉普拉斯算子,δωsg为所述同步发电机的频率的变化量,δpsgm为所述同步发电机的机械功率的变化量,δpsge为所述同步发电机的电磁功率的变化量,δpl为所述电力系统的负荷对频率不敏感的负荷的变化量,即为风电并网之后的电力系统投入的所述预设临时负载扰动,dδωsg为所述电力系统的负荷对频率敏感的负荷的变化量,d为所述电力系统的负荷阻尼常数,μ为所述电力系统的同步发电机组的调速器的输出开度,tch为所述调速器的时间常数,fhp为所述电力系统的同步发电机组的汽轮机的高压缸的稳态输出功率与汽轮机的总输出功率之间的百分比,trh为所述汽轮机的再热器的时间常数,δpref为所述电力系统的参考负荷的变化量,δωref为所述电力系统的参考频率的变化量,r为所述调速器的调差系数,η为所述风电机组的当前接入比例,swt为所述风电机组的当前接入比例所对应的装机容量,ssg为所述同步发电机组的装机容量。59、为实现上述目的,本发明在第二方面提供一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估装置,所述装置包括:60、频率响应模块,用于将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型;61、闭环确定模块,用于根据所述频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数;62、稳态确定模块,用于向风电并网之后的电力系统投入预设临时负载扰动,根据所述闭环传递函数、所述预设临时负载扰动和所述当前接入比例确定电网频率稳态响应指标;63、时域确定模块,用于根据所述闭环传递函数确定频率时域动态响应函数;64、动态确定模块,用于根据所述频率时域动态响应函数和所述电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标;65、评估确定模块,用于根据所述电网频率稳态响应指标和所述电网频率动态响应指标确定评估结果。66、为实现上述目的,本发明在第三方面提供一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。67、为实现上述目的,本发明在第四方面提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如第一方面中任一项所述的方法。68、采用本发明实施例,具有如下有益效果:上述方法通过将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型,然后根据频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数,向风电并网之后的电力系统投入预设临时负载扰动,并根据闭环传递函数、预设临时负载扰动和当前接入比例确定电网频率稳态响应指标,再根据闭环传递函数确定频率时域动态响应函数,然后再根据频率时域动态响应函数和电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标,最后根据电网频率稳态响应指标和电网频率动态响应指标确定评估结果;即通过以同步发电机为主导的频域响应模型来进行建模,构建出风电并网之后的电力系统的频率响应模型,然后利用频率响应模型从稳态和动态两个角度来评估风电并网对电力系统频率特性的影响,以为保证电力系统安全稳定运行提供依据。当前第1页12当前第1页12
技术特征:1.一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数,包括:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述闭环传递函数、所述预设临时负载扰动和所述当前接入比例确定电网频率稳态响应指标,包括:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述闭环传递函数确定频率时域动态响应函数,包括:
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电网频率动态响应指标包括最低值时间、上升时间和超调量,所述根据所述频率时域动态响应函数和所述电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标,包括:
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电网频率动态响应指标包括最低值时间、上升时间和超调量,所述根据所述电网频率稳态响应指标和所述电网频率动态响应指标确定评估结果,包括:
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型,包括:
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,
技术总结本发明实施例公开了一种风电并网对电力系统频率特性影响的评估方法,包括:将风电场的当前接入比例的风电机组接入电力系统的频域响应模型,得到风电并网之后的电力系统的频率响应模型,然后根据频率响应模型确定风电并网之后的电力系统的闭环传递函数,向风电并网之后的电力系统投入预设临时负载扰动,并根据闭环传递函数、预设临时负载扰动和当前接入比例确定电网频率稳态响应指标,再根据闭环传递函数确定频率时域动态响应函数,然后再根据频率时域动态响应函数和电网频率稳态响应指标确定电网频率动态响应指标,最后根据电网频率稳态响应指标和电网频率动态响应指标确定评估结果;实现了评估风电并网对电力系统频率特性的影响。
技术研发人员:马遵,孟贤,和鹏,秦文龙,许珂玮,胡斌江,朱益华,朱萌瑶
受保护的技术使用者:云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日:技术公布日:2024/12/5