CN113013876A - 一种电网转动惯量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电网运行状态量化评估技术领域,尤其涉及一种电网转动惯量计算方法,具体是一种能源互联网转动惯量计算方法。包括转动惯量经典算法;考虑频率静态特性后的改进公式;考虑缺失功率对应的转动惯量后的最终公式;电网实际中的转动惯量计算方法验证。本发明算法配合电力系统仿真软件计算得到的电网转动惯量可有效分析评估任何运行模式下的电网频率稳定特性,具有计算准确性高、计算速度快、误差小的显著特点,可广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明属于电网运行状态量化评估技术领域,尤其涉及一种电网转动惯量计算方法,具体是一种能源互联网转动惯量计算方法。
背景技术
近年来,国外发生了几起由系统转动惯量较小的电网设备故障诱发的大停电事故,发人深省。2016年9月28日,澳大利亚南澳州电网发生了世界上第一次由于转动惯量偏低电网的风电大规模脱网诱发的历时50小时的全州大停电事故。事故前新能源发电占比高达48.36%,严重拉低南澳电网系统转动惯量,新能源脱网后电网频率迅速下跌直至停电,停电影响170万人。2019年8月9日英国发生的大面积停电事故约有100万人受到停电影响。官方报告中指出,初步判断事故的原因可能是风电机组涉网性能偏低、系统转动惯量过低和一次调频能力不足。
如文献1:方勇杰.英国“8.9”停电事故对频率稳定控制技术的启示[J].电力系统自动化,2019,43(24):1-5.
文献2:孙华东,许涛,郭强,等.英国“8.9”大停电事故分析及对中国电网的启示[J].中国电机工程学报,2019,39(21):6183-6191。
文献3:Technical report on the events of 9August 2019[R].(2019年8月9日事故技术报告)。
文献4:Appendices to the technical report on the events of 9August2019[R]。(2019年8月9日事故技术报告附录)。
我国新能源总装机规模居世界第一位。常规机组发电占比减少造成了同步交流电网的转动惯量相对持续减小,在理论上削弱了我国电力系统承受有功冲击、频率波动和抗扰动的能力。目前,我国尚未出台统一的转动惯量计算规则。
如文献5:陈国平,李明节,许涛,刘明松.关于新能源发展的技术瓶颈研究[J].中国电机工程学报,2017,37(1):20-26.提出高占比新能源替代转动惯量导致电网抗扰动能力下降,但并未给出转动惯量具体算法。
如以下文献6-13:
文献6:李明节.大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行控制[J].电网技术,2016,40(4):985-991.
文献7:刘吉臻.大规模新能源电力安全高效利用基础问题[J].中国电机工程学报,2013,33(16):1-8.
文献8:薛禹胜,雷兴,薛峰,等.关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报,2014,34(29):5029-5040.
文献9:丁明,王伟胜,王秀丽,等.大规模光伏发电对电力系统影响综述[J].中国电机工程学报,2014,34(1):1-14.
文献10:刘纯,马烁,董存,等.欧洲3·20日食对含大规模光伏发电的电网运行影响及启示[J].电网技术,2015,39(7):1765-1772.
文献11:曾鸣,杨雍琦,李源非,等.能源互联网背景下新能源电力系统运营模式及关键技术初探[J].中国电机工程学报,2016,36(3):681-691.
文献12:白建华,辛颂旭,刘俊,等.中国实现高比例可再生能源发展路径研究[J].中国电机工程学报,2015,35(14):3699-3705.
文献13:刘文颖,文晶,谢昶,等.考虑风电消纳的电力系统源荷协调多目标优化方法[J].中国电机工程学报,2015,35(5):1079-1088.
上述文献6-13提出了转动惯量较小的新能源并网给电网带来的安全稳定问题,但没有针对局域电网的转动惯量进行梳理和计算,更没有电网实际运行参数支持转动惯量理论计算值的验证。随着传统火电机组发电空间被进一步挤压,多源协同下的电力系统转动惯量特性不得而知,迫切需要开展量化摸底。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处,本发明提供了一种电网转动惯量计算方法。其目的是为了实现在计划层面能够对转动惯量进行摸底研究,在运行层面能够为实时控制策略提供参考的一种计算方法的发明目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:
一种电网转动惯量计算方法,包括以下步骤:
步骤1:转动惯量经典算法;
步骤2:考虑频率静态特性后的改进公式;
步骤3:考虑缺失功率对应的转动惯量后的最终公式;
步骤4:电网实际中的转动惯量计算方法验证。
进一步的,所述转动惯量经典算法包括:
系统转动惯量是指整个电网或者局部电网的惯性常数,定义为H,单位是MW.s有名值或s标幺值;系统转动惯量通过人为制造功率缺额实验求得,即考虑某局域电网最严重情况,切除一台该区域已并网的具有最大转动惯量的发电机,通过求得系统频率变化计算转动惯量,简称仿真计算法;
基于仿真计算法的电力系统转动惯性常数H推导过程如下:
上述式(1)中,df/dt是RoCoF,Rate of change of frequency频率变化率;H是Synchronous inertia英美国家的系统转动惯性常数;Pg-Pc即是电力系统发电有功功率Pg和消耗的有功功率Pc之差Contingency size故障损失功率;f0表示系统故障前初始频率;如果默认f0为50Hz,得:
进一步的,所述考虑频率静态特性后的改进公式包括:
将式(2)折算,同时考虑功率缺失后的频率静态特性,得:
进一步的,所述考虑缺失功率对应的转动惯量后的最终公式包括:
若f0为50Hz,并考虑脱网的单台发电机对应的转动惯量,则仿真计算法得到的电力系统转动惯量H为:
式中H’为损失的功率缺额对应的转动惯量,单位MW.s,由于公式(3)用的是有名值,因此公式(4)中H单位为MW.s。
进一步的,所述损失的功率缺额中指脱网的单台发电机的损失的功率缺额。
进一步的,所述电网实际中的转动惯量计算方法验证包括:
进一步的,所述所述电网实际中的转动惯量计算方法验证包括:
一种计算机存储介质,所述计算机存储介质上存有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种电网转动惯量计算方法的步骤。
本发明具有以下有益效果及优点:
本发明算法配合电力系统仿真软件计算得到的电网转动惯量可有效分析评估任何运行模式下的电网频率稳定特性,具有计算准确性高、计算速度快、误差小等优势,可广泛推广应用。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明计算方法流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明是一种电网转动惯量计算方法,如图1所示,图1为本发明计算方法流程图。
本发明计算方法首先通过已有通用的转动惯量算法,得出50Hz下的系统转动惯性常数表达式;之后考虑功率缺失后的频率静态特性,推导出新的表达式;最后将仿真中脱网的发电机转动惯量加入总体转动惯量,得出一种基于电力系统仿真电网转动惯量算法。可在计划层面对转动惯量进行摸底研究,在运行层面为实时控制策略提供参考。
本发明一种电网转动惯量计算方法,具体包括以下步骤:
步骤1:转动惯量经典算法。
系统转动惯量是指整个电网或者局部电网的惯性常数,将其定义为H,单位是MW.s(有名值)或s(标幺值)。系统转动惯量可以通过人为制造功率缺额实验求得,即考虑某局域电网最严重情况,切除一台该区域已并网的具有最大转动惯量的发电机,通过求得系统频率变化计算转动惯量,简称仿真计算法。
以下是基于仿真计算法的电力系统转动惯性常数H推导过程:
上述式(1)中,df/dt即是RoCoF,Rate of change of frequency频率变化率;H即是Synchronous inertia英美国家的系统转动惯性常数;Pg-Pc即是电力系统发电有功功率Pg和消耗的有功功率Pc之差Contingency size故障损失功率;f0表示系统故障前初始频率;如果默认f0为50Hz,得:
步骤2:考虑频率静态特性后的改进公式。
将式(2)折算,同时还要考虑功率缺失后的频率静态特性,得:
步骤3:考虑缺失功率对应的转动惯量后的最终公式。
若f0为50Hz,并考虑脱网的单台发电机对应的转动惯量,则仿真计算法得到的电力系统转动惯量H为:
式中H’为损失的功率缺额对应的转动惯量,单位MW.s,由于公式(3)用的是有名值,因此公式(4)中电力系统转动惯量H单位为MW.s。
其中,所述损失的功率缺额中指脱网的单台发电机的损失的功率缺额。
步骤4:电网实际中的转动惯量计算方法验证。
某电网1000MW发电机组发生脱网事件,脱网之后短时间内最大值达到0.08Hz/s,脱网的1000MW发电机转动惯量约为15000MW.s,将以上数据代入公式(4),得到电力系统转动惯量H为327500MW.s。
本发明中使用的技术术语如下:
电网转动惯量:转动惯量是刚体绕轴旋转时惯性的量度,电网转动惯量是特定运行方式下电力系统所有在线发电机组和负荷转动惯量之和。
实施例2
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质上存有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的一种电网转动惯量计算方法的步骤。
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 (8)
1.一种电网转动惯量计算方法,其特征是:包括以下步骤:
步骤1:转动惯量经典算法;
步骤2:考虑频率静态特性后的改进公式;
步骤3:考虑缺失功率对应的转动惯量后的最终公式;
步骤4:电网实际中的转动惯量计算方法验证。
2.根据权利要求1所述的一种电网转动惯量计算方法,其特征是:所述转动惯量经典算法包括:
系统转动惯量是指整个电网或者局部电网的惯性常数,定义为H,单位是MW.s有名值或s标幺值;系统转动惯量通过人为制造功率缺额实验求得,即考虑某局域电网最严重情况,切除一台该区域已并网的具有最大转动惯量的发电机,通过求得系统频率变化计算转动惯量,简称仿真计算法;
基于仿真计算法的电力系统转动惯性常数H推导过程如下:
上述式(1)中,df/dt是RoCoF,Rate of change of frequency频率变化率;H是Synchronous inertia英美国家的系统转动惯性常数;Pg-Pc即是电力系统发电有功功率Pg和消耗的有功功率Pc之差Contingency size故障损失功率;f0表示系统故障前初始频率;如果默认f0为50Hz,得:
5.根据权利要求1所述的一种电网转动惯量计算方法,其特征是:所述损失的功率缺额中指脱网的单台发电机的损失的功率缺额。
8.一种计算机存储介质,其特征是:所述计算机存储介质上存有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7所述的一种电网转动惯量计算方法的步骤。
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