CN108988323A - 一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，对于挖掘电力系统快速调频瓶颈边界场景，首先基于电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下电力系统频率轨迹，接着根据制定的电力系统快速调频效果评价指标，计算不同有功扰动场景下的评价指标值，然后对比分析所有扰动场景的评价指标值，确定出电力系统快速调频的瓶颈边界场景，实现了对电力系统快速调频瓶颈边界场景的有效识别。

Description

一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法

技术领域

本发明属于电力系统频率控制技术领域，涉及一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法。

背景技术

储能系统具有灵活爬坡优势，能够快速响应系统频率变化，减缓系统故障后频率跌落速度和减小频率最大偏差，提高系统频率运行稳定性。但储能容量如何合理配置是储能参与系统快速调频的关键技术之一，配置容量较大会导致配置成本较高和资源浪费，配置容量较小会导致快速调频效果不佳，而基于电力系统快速调频瓶颈边界场景的储能容量优化配置，既可满足系统快速调频需求又最小化储能配置成本。因此电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别具有重要意义，可为储能容量优化配置提供有效的场景基础，提高储能应用的技术经济性。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法。该方法提出了电力系统快速调频效果评价指标，基于电力系统动态频率仿真，对不同有功扰动场景下电力系统快速调频效果进行量化分析，然后对比所有扰动场景的评价指标值，得到电力系统快速调频的瓶颈边界场景，实现对电力系统快速调频瓶颈边界场景的有效识别。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于，读取电力系统静态数据、动态数据和输入不同有功扰动场景，通过电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下电力系统动态频率轨迹，进而计算不同有功扰动场景下频率越限时刻、谷值时刻和跌落深度，然后求出不同有功扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值，最后通过对比分析所有扰动场景的评价指标值，识别出电力系统快速调频的瓶颈边界场景。

具体步骤如下：

读取电力系统静态数据，获得电力系统状态变量初始值x(0)；

读取电力系统动态数据，获得电力系统状态变量上限约束L、下限约束U和构建电力系统动态频率仿真模型G；

不同有功扰动场景具体为：电力系统发生的不同有功故障M₁,M₂,M₃,…,M_n，n为扰动场景的总数；

基于电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下动态频率轨迹，按照扰动场景的顺序，动态频率轨迹依次为f₁,f₂,f₃,…,f_n，n为扰动场景的总数；

根据频率安全阈值f_set和第i个扰动场景下动态频率轨迹f_i，计算得到第i个扰动场景下频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i；

根据频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i，计算出第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值FFR_i；

对比分析所有扰动场景的评价指标值，将评价指标值最大的扰动场景作为调频瓶颈边界场景S。

所述的构建电力系统动态频率仿真模型G，形式如下：

L≤x(t)≤U

式中，t为仿真时刻，x(t)为系统状态变量、为系统状态变量导数，λ_i为第i个扰动场景对应的有功变化量。

所述的第i个扰动场景下频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i的计算公式如下：

t_c,i＝min{k|f_i ^k＜f_set}

t_m,i＝k|f_i ^k＝min{f_i}

式中，f_i ^k为第i个扰动场景下k时刻的系统频率值。

所述的第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标FFR_i的计算公式如下：

所述瓶颈边界场景S的确定方式如下：电力系统快速调频效果评价指标FFR取得最大值时所对应的扰动场景即为瓶颈边界场景S。

有益效果：本发明提出的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，可量化评价电力系统在不同有功扰动场景下的快速调频效果，并进一步有效识别出电力系统快速调频瓶颈边界场景，从而为储能参与系统快速调频的容量优化配置提供有效的场景基础，有利于提高储能应用的技术经济性。同时有功扰动场景类型越多，本方法取得效果越明显。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是IEEE三机九节点系统图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，基本原理为：读取电力系统静态、动态数据和输入不同有功扰动场景，通过电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下电力系统动态频率轨迹，进而计算不同有功扰动场景下频率越限时刻、谷值时刻和跌落深度，然后求出不同有功扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值，最后通过对比分析所有扰动场景的评价指标值，得到电力系统快速调频的瓶颈边界场景。具体步骤如下：

读取电力系统静态数据，获得电力系统状态变量初始值x(0)；读取电力系统动态数据，获得电力系统状态变量上、下限约束L、U和构建电力系统动态频率仿真模型G；所述的构建电力系统动态频率仿真模型，形式如下：

L≤x(t)≤U

式中，t为仿真时刻，x(t)为系统状态变量、为系统状态变量导数，λ_i为第i个扰动场景对应的有功变化量。

电力系统发生的不同有功故障M₁,M₂,M₃,…,M_n，n为扰动场景的总数；基于电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下动态频率轨迹，按照扰动场景的顺序，动态频率轨迹依次为f₁,f₂,f₃,…,f_n，n为扰动场景的总数；根据频率安全阈值f_set和第i个扰动场景下动态频率轨迹f_i，计算得到第i个扰动场景下频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i；所述的第i个扰动场景下频率越限时刻、谷值时刻和跌落深度的计算公式如下：

t_c,i＝min{k|f_i ^k＜f_set}

t_m,i＝k|f_i ^k＝min{f_i}

式中，f_i ^k为第i个扰动场景下k时刻的系统频率值。

根据频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i，计算出第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值FFR_i；所述的第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标FFR_i的计算公式如下：

对比分析所有扰动场景的评价指标值，取最大的评价指标值所对应的扰动场景作为电力系统快速调频的瓶颈边界场景S。

实施例

下面本发明以IEEE三机九节点系统(图2所示)为例，具体阐述本发明的方法。

图1展示了本发明内容的应用流程。从电力系统数据库读取电力系统静态，得到实施例中电力系统状态变量的初始值，其中状态变量包括系统频率、发电机、负荷有功功率和调速器、原动机状态量，从电力系统数据库读取电力系统动态数据，获取状态变量的上、下限约束和建立动态频率仿真模型。

输入有功扰动场景，本实施例中有以下三种：

扰动场景1：火电机组G3发生故障，损失功率60MW；

扰动场景2：水电机组G1发生故障，损失功率40MW；

扰动场景3：负荷发生异常，功率增加90MW；

假设系统在第5秒发生有功扰动，同时频率安全阈值设置为49Hz。基于电力系统动态频率仿真，可得到这三个扰动场景下电力系统动态频率轨迹，计算出每个扰动场景下的频率越限时刻、谷值时刻和跌落深度，进一步得到相应场景下电力系统快速调频效果的评价指标值，如表1所示。由表1结果可知，扰动场景1的评价指标值最大，故选其为本实施中电力系统快速调频的瓶颈边界场景。

表1 不同有功扰动场景下电力系统快速调频效果

扰动场景序号	tc(sec)	tm(sec)	Δfd(Hz)	FFR
					1	10.3	17.4	0.41	1.46
2	6.4	9.4	0.73	1.10
					3	8.5	13.4	0.42	1.03

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于，读取电力系统静态数据、动态数据和输入不同有功扰动场景，通过电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下电力系统动态频率轨迹，进而计算不同有功扰动场景下频率越限时刻、谷值时刻和跌落深度，然后求出不同有功扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值，最后通过对比分析所有扰动场景的评价指标值，识别出电力系统快速调频的瓶颈边界场景。

2.根据权利要求1所述的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于，具体步骤如下：

读取电力系统静态数据，获得电力系统状态变量初始值x(0)；

读取电力系统动态数据，获得电力系统状态变量上限约束L、下限约束U和构建电力系统动态频率仿真模型G；

不同有功扰动场景具体为：电力系统发生的不同有功故障M₁,M₂,M₃,…,M_n，n为扰动场景的总数；

基于电力系统动态频率仿真，得到不同有功扰动场景下动态频率轨迹，按照扰动场景的顺序，动态频率轨迹依次为f₁,f₂,f₃,…,f_n，n为扰动场景的总数；

根据频率安全阈值f_set和第i个扰动场景下动态频率轨迹f_i，计算得到第i个扰动场景下频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i；

根据频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i，计算出第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标值FFR_i；

对比分析所有扰动场景的评价指标值，取最大的评价指标值所对应的扰动场景作为电力系统快速调频的瓶颈边界场景S。

3.根据权利要求2所述的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于：所述的构建电力系统动态频率仿真模型，形式如下：

L≤x(t)≤U

式中，t为仿真时刻，x(t)为系统状态变量、为系统状态变量导数，λ_i为第i个扰动场景对应的有功变化量。

4.根据权利要求2所述的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于：所述的第i个扰动场景下频率越限时刻t_c,i、谷值时刻t_m,i和跌落深度Δf_d,i的计算公式如下：

t_c,i＝min{k|f_i ^k＜f_set}

t_m,i＝k|f_i ^k＝min{f_i}

式中，f_i ^k为第i个扰动场景下k时刻的系统频率值。

5.根据权利要求2所述的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于：所述的第i个扰动场景下电力系统快速调频效果的评价指标FFR_i的计算公式如下：

6.根据权利要求2所述的电力系统快速调频瓶颈边界场景的识别方法，其特征在于：所述瓶颈边界场景S的确定方式如下：电力系统快速调频效果评价指标FFR取得最大值时所对应的扰动场景即为瓶颈边界场景S。