CN111224394B - 一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法及系统，属于电力系统运行控制技术领域。本发明方法，包括：根据新能源电力系统建立新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；新能源发电机单机模型向母线注入功率及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率，确定电力系统负荷吸收电磁功率，确定新能源占比；根据新能源占比确定电力系统功率波动后频率偏差。本发明可以在保证计算结果准确性的同时，简化分析计算难度，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

Description

一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，并且更具体地，涉及一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法及系统。

背景技术

能源危机使得人们对新能源的研究和利用越来越重视，而新能源发电是利用新能源的主要途径。新能源发电机组不同于传统同步发电机组，由于加入了变流器控制环节，实现了机电解耦，其稳定特性发生改变。中国的新能源发电比例正逐渐提高，并将继续提高。大规模新能源发电替代传统同步机组发电后，会引起电力系统频率稳定特性的改变。新能源发电占比提高后，系统对频率的暂态支撑能力变弱、稳态调节能力降低，其本质原因为电网惯量水平和调频容量相对下降，导致频率稳定问题突出。

电力系统是典型的高阶非线性系统，在建立各个模型的详细数学模型后，可以利用全状态时域仿真法进行数值求解，全面地得到系统的频率动态响应特性。但全状态时域仿真法计算量大，一般只适用于离线分析。目前有方法实现了电力系统在扰动后的稳态频率快速计算，但现有方法中均未考虑新能源发电的接入对稳态频率计算的影响，无法应对和解决我国新能源发电占比越来越多、频率稳定越来越突出的现实问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法，包括：

根据新能源电力系统建立新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

新能源发电机单机模型向母线注入功率P_r及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s，确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比k；

根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差。

可选的，电力系统负荷吸收电磁功率P_L的确定公式如下：P_L＝Ps+Pr。

可选的，电力系统新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率P_L作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L。

可选的，根据新能源电力系统新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

可选的，同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

本发明还提供了一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的系统，包括：

同步模块，根据新能源电力系统新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

第一参数确定模块，新能源发电机单机模型向母线注入功率P_r及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s，确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比k；

第二参数确定模块，根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差。

可选的，第一参数模块用于确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，确定公式如下：P_L＝Ps+Pr。

可选的，第一参数模块用于确定电力系统新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率P_L作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L。

可选的，第二参数确定模块根据新能源电力系统新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

，用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

可选的，同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

本发明将所研究系统中的同步发电机聚合成单机模型，将所有的新能源发电近似聚合成一个新能源发电单机模型，可用于实际电网的分析和运行；

本发明可以在保证计算结果准确性的同时，简化分析计算难度，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

附图说明

图1为本发明一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法流程图；

图2为本发明一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法单机系统模型图；

图3为本发明一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提供了一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法，如图1所示，包括：

基于惯量中心概念，将所研究系统中的同步发电机聚合成单机模型，根据新能源电力系统建立如图2所示新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

其中Gr表示将所有新能源发电近似聚合后的一台新能源发电机单机模型，新能源发电机单机模型向母线注入功率P_r，Gs为同步发电机单机模型，及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s；

定义电力系统负荷吸收电磁功率为P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比为k；

电力系统新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率P_L作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L。

根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

，用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

本发明还提供了一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的系统200，包括：

同步模块201，根据新能源电力系统建立新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

第一参数确定模块202，新能源发电机单机模型向母线注入功率P_r及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s，确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比k；

电力系统负荷吸收电磁功率P_L，确定公式如下：P_L＝Ps+Pr。

电力系统新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率P_L作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L。

第二参数确定模块203，根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

本发明将所研究系统中的同步发电机聚合成单机模型，将所有的新能源发电近似聚合成一个新能源发电单机模型，可用于实际电网的分析和运行。

本发明可以在保证计算结果准确性的同时，简化分析计算难度，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的方法，所述方法包括：

根据新能源电力系统建立新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

新能源发电机单机模型向母线注入功率P_r及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s，确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比k；

所述的电力系统负荷吸收电磁功率P_L的确定公式如下：P_L＝Ps+Pr；

所述的新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率P_L作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L；

根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

2.根据权利要求1所述的方法，所述的同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

3.一种用于确定电力系统功率波动后频率偏差的系统，所述系统包括：

同步模块，根据新能源电力系统建立新能源发电机单机模型及同步发电机单机模型；

第一参数确定模块，新能源发电机单机模型向母线注入功率Pr及同步发电机单机模型向母线注入电磁功率P_s，确定电力系统负荷吸收电磁功率P_L，根据P_L、P_r和P_s确定新能源占比k；所述的第一参数确定模块用于确定电力系统负荷吸收电磁功率PL，确定公式如下：P_L＝Ps+Pr；

所述的第一参数确定模块用于确定新能源占比k，以电力系统负荷吸收电磁功率PL作为参考值，确定公式如下：

P_r＝kP_L

P_s＝(1-k)P_L

第二参数确定模块，根据新能源占比k确定电力系统功率波动后频率偏差，具体为：

母线电磁功率实时平衡，稳态时，P_s+P_r＝P_L，当负荷吸收电磁功率变化量为ΔP时，ΔP＝αP_L，确定同步发电机单机模型转子转速公式，所述转子转速公式如下：

其中：ω为转子转速标幺值，所述ω与电力系统功率波动后频率的标幺值相等、T_J为惯性时间常数；P_E为单机系统模型电磁功率、P_T为单机系统模型机械功率；

用新能源发电机单机模型对同步发电机单机模型进行替换，确定惯性时间常数T_J，公式如下：

其中，T_J0为同步发电机单机模型向负荷供电时惯性时间常数，P_E＝P_s+ΔP＝(1-k+α)P_L；

当P_E＝P_T时，确定电力系统功率波动后单机系统模型机械功率变化率，公式如下：

根据单机系统模型机械功率变化率，确定转子转速变化率，公式如下：

Δω(％)＝-σΔP_T(％)

其中，σ为同步发电机单机模型调速器的调差系数；

根据转子转速变化率确定电力系统功率波动后系统的转子转速，公式如下：

根据电力系统功率波动后系统的转子转速，确定电力系统功率波动后频率偏差，电力系统功率波动后频率偏差为：

4.根据权利要求3所述的系统，所述的同步发电机单机模型调速器的调差系数σ，取值为0.04到0.05之间。

Images