CN113541135B - 以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，于所述方法包括如下步骤：步骤一、暂态频率跌落基准轨迹的生成；步骤二、以暂态频率跌落基准轨迹为参照的广义惯性度量；步骤三、以暂态频率跌落基准轨迹为标准的新能源电源临界渗透率的测算。本发明可针对系统中多种功率不平衡扰动事件、源‑网‑荷‑储设备和控制措施相继动作与联合作用效应的综合影响，定量描述广义惯性的时空分布情况，从而实现对新型复杂电力系统广义惯性的、具有高泛化能力的评估，可为系统规划和运行过程提供频率稳定分析与控制等方面的可靠技术支撑。

Description

以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法

技术领域

本发明属于电力系统稳定分析技术领域，涉及一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的电力系统广义惯性测度方法。

背景技术

电力系统广义惯性表征系统遭受功率不平衡扰动事件后在有功/频率方面表现出的一种御扰维稳能力，是衡量系统稳定性的重要指标之一。其受多种功率不平衡扰动事件、源-网-荷-储设备和控制措施相继动作与联合作用效应的综合影响，具有时空分布特性。在以新能源为主体的新型电力系统中，大量旋转式的火电机组被静止式的风电和光伏机组等取代。许多无附加控制措施或缺乏主动电网支撑能力的静止式机组，使电源侧与电网侧的功频特性在电气上处于不同程度的隔离甚至完全隔离的状态，导致其失去了旋转式机组的固有惯量，恶化了系统频率动态品性。此外，高占比的静止式电力电子装置同样无法为系统直接提供旋转惯量，也会进一步加剧系统频率稳定运行态势的恶化。新型电力系统将面临不断攀升的新能源主体化发展态势导致的旋转惯量急剧下降后的调控压力，亟需开展如何通过非旋转惯量手段增强和优化系统惯性分布、提高系统有功/频率调节能力的基础理论和应用技术研究。

由牛顿经典力学中惯性系统运动的一般规律知，电力系统的惯性越大，其抵御功率不平衡扰动、维持系统暂态频率稳定的能力就越强。电力系统惯性降低将导致频率变化率(Rate of Change of Frequency，RoCoF)增大、暂态频率跌落最低点进一步降低。为量化系统频率维稳能力、明晰系统运行边界，亟需开展广义惯性评估技术研究。现有技术主要从暂态频率响应、等效惯性辨识、新型调频方案等角度，探讨电力系统惯性与频率稳定的评估与附加控制等问题，为进一步开发新技术奠定了良好的基础。然而，在新型电力系统环境下，既存在新能源电源多种出力场景、负荷多种运行方式和多种功率不平衡扰动场景的高维组合条件，更存在多种源-网-荷-储设备和控制措施的相继动作与联合作用效应。面对如此复杂的系统环境，现有评估模型所需信息量多、泛化能力不足的问题逐渐凸显，且存在因度量尺度不统一导致测度方法适用性受到严重制约的问题。针对此技术现状，若能够开发出一类技术方法，其只需从反映系统频率运动行为的轨迹中采集少量信息，通过特殊整定的某一统一尺度对其进行度量，就能准确且高效测度出系统广义惯性的相对和绝对变化程度及其时空分布情况，则有望在克服上述技术难点的基础上更好地评估出系统惯性水平、辨识出系统惯性薄弱环节、测算出新能源电源临界渗透率，并针对性地规划出更优的惯性增强措施或策略。

发明内容

针对现有惯性评估方法在新型电力系统环境下应用的新技术难点，本发明提供了一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法。该方法通过生成的满足相关技术规范或运行导则要求的暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度，基于不同观测对象(观测点)采集的暂态频率轨迹信号，从过程化角度准确测度具有时空分布特性的瞬时广义惯性水平；通过定义的系统频率临界御扰维稳能力指标，以暂态频率跌落基准轨迹为标准，实现对新型电力系统中新能源电源临界渗透率的有效测算。本发明可针对系统中多种功率不平衡扰动事件、源-网-荷-储设备和控制措施相继动作与联合作用效应的综合影响，定量描述广义惯性的时空分布情况，从而实现对新型复杂电力系统广义惯性的、具有高泛化能力的评估，可为系统规划和运行过程提供频率稳定分析与控制等方面的可靠技术支撑。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，包括如下步骤：

步骤一、暂态频率跌落基准轨迹的生成

(1)固定参照机组的选择

选定容量等于系统基准容量S_base且其所有调节系统闭锁、机械/电气阻尼忽略的交流同步发电机组作为固定参照机组；

(2)固定参照机组关键参数的整定

依据不同技术规范、安全导则规定及实际研究需求，确定固定参照机组配套组合关键参数(ΔP_set,f_inf,t_set)的整定条件，其中，ΔP_set为满足相关技术规范及安全导则要求的不平衡功率扰动量；f_inf为满足低频减负荷相关技术规范要求的频率跌落限值；t_set为依据f_inf和RoCoF要求预先确定的暂态频率跌落轨迹持续时间；

(3)暂态频率跌落基准轨迹的生成与基准惯性时间常数的整定

在(2)中已确定的配套组合关键参数整定条件下，依据固定参照机组的频率响应特征即可生成暂态频率跌落基准轨迹

之后输入参数(ΔP_set,f_inf,t_set,M_CR)，依据下式差分关系计算f_ref(t_set)，由差分计算结果整定出M_CR；

式中：M_CR为已整定的基准惯性时间常数；

为暂态频率跌落基准轨迹；ΔP_set为满足相关技术规范及安全导则要求的不平衡功率扰动量；

如此整定的M_CR及相应的

可作为一种特殊的、具有统一性质的尺度(尺子)应用于新型电力系统广义惯性的测度；

步骤二、以暂态频率跌落基准轨迹为参照的广义惯性度量

(1)采集待观测点于某过程中的频率轨迹信息

以暂态频率跌落基准轨迹

为参照过程，求取相应的瞬时广义惯性时间增益系数a(t)：

(2)根据计算得的瞬时广义惯性时间增益系数a(t)、已整定的基准惯性时间常数M_CR和待观测对象i相对于S_base的容量倍数ρ，即可依据下式计算得从该观测点度量出的广义惯性时间系数M_EQ(t)：

M_EQ(t)＝ρa(t)M_CR；

(3)对任意两个频率变化过程I和II，通过将暂态频率跌落基准轨迹作为固定参照，求取与过程I和II相对应的瞬时广义惯性时间增益系数a_I(t)、a_II(t)和待观测对象相对于S_base的容量倍数ρ_I、ρ_II，之后由下式计算瞬时广义惯性绝对变化量ΔM_II-I(t)：

ΔM_II-I(t)＝[ρ_IIa_II(t)-ρ_Ia_I(t)]M_CR；

(4)在求得过程I和II对应的瞬时广义惯性时间增益系数a_I(t)、a_II(t)和容量倍数ρ_I、ρ_II后，依据下式求得两过程间的瞬时广义惯性相对变化量ΔM_II-I％(t)：

式中：

和

为过程I和II的频率响应轨迹；

步骤三、以暂态频率跌落基准轨迹为标准的新能源电源临界渗透率的测算

(1)系统频率临界御扰维稳能力的计算

基于由第i个观测对象(观测点)在系统第k个不平衡功率扰动事件下采集到的频率响应轨迹信息

计算出的瞬时广义惯性时间系数M_EQk-i(t)、第i个观测对象相对于S_base的容量倍数ρ_i和已整定的基准惯性时间常数M_CR，由下式计算得关联于事件k∈Ω、观测点i∈Ψ的频率御扰维稳能力指标γ_k-i：

在测算得所有γ_k-i信息后由下式关系得系统级频率御扰维稳能力指标γ_sys：

(2)系统新能源电源临界渗透率的计算

记上述求得的γ_sys对应于系统某一新能源电源运行渗透率r场景，若γ_sys(r)＝1，则说明此时系统新能源渗透率处于临界水平r_cr，即：

r_cr＝{r|γ_sys(r)＝1,r∈[0,1]}或

特殊地，在测算得所有观测对象i在系统第k个不平衡功率扰动事件下的新能源临界渗透率r_crk-i后，可依据下式关系求得系统新能源临界渗透率r_cr：

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)本发明所提出的电力系统广义惯性测度方法，实现了仅提取暂态频率跌落过程中的少量轨迹信息、对监测对象在不同过程中的广义惯性时空分布情况的定量评估，进而可实现对扰动后动态过程中源-网-荷侧多种广义惯性影响因素作用效果的定量化分析；

(2)通过特殊选定的机组作为固定参照物生成的暂态频率跌落基准轨迹，可作为统一尺度，衡量其他任意暂态过程表现出的广义惯性增强/衰减程度，所定义的瞬时广义惯性时间增益系数和瞬时广义惯性时间系数，可从过程化角度灵活计算广义惯性的相对/绝对变化情况；

(3)本发明所提出的新能源电源临界渗透率测算方法，可通过直接比对不同运行渗透率条件下的频率轨迹与基准轨迹的相对位置关系，直观获得系统频率御扰维稳能力的高低态势，并可实现从不同观测点局部或从系统整体角度对新能源电源临界渗透率的准确测算；

(4)本发明仅需采集待观测对象(观测点)暂态频率变化轨迹的少量信息，可分布式重点感知和全景式监视，具有尺度统一、泛化能力强、实施成本低的优点。

附图说明

图1为以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的电力系统广义惯性测度方法的流程图；

图2为步骤一中暂态频率跌落基准轨迹生成及基准惯性时间常数整定流程图；

图3为步骤二中瞬时广义惯性时间系数及广义惯性相对/绝对变化量计算流程图；

图4为步骤三中系统频率临界御扰维稳能力及新能源电源临界渗透率测算流程图；

图5为由相关技术规范及安全稳定导则规定的频率动态过程关键特征量所生成的暂态频率跌落基准轨迹图；

图6为观测点i处频率轨迹采集信号预处理(滤除使RoCoF交变的周期分量)效果图；

图7为观测点i处在过程I中采集到的频率跌落轨迹图；

图8为观测点i处在过程I、II中采集到的频率跌落轨迹图；

图9为观测点i处在不同比例新能源渗透场景中的频率轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的电力系统广义惯性测度方法，该方法可应用于离线分析(频率轨迹信号来源于时域仿真结果)、在线分析(频率轨迹信号来源于PMU、WAMS、故障录波等装置测量结果)。如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、暂态频率跌落基准轨迹的生成

电力系统易受多种功率不平衡扰动事件、源-网-荷-储设备和控制措施相继动作与联合作用效应的综合影响，使其广义惯性及频率变化轨迹具有了明显的时空分布特征。为服务于能够立足电力系统不同观测对象(观测点)、以统一尺度定量测量/计量出能够客观反映综合影响下的广义惯性水平及频率跌落态势，首先根据低频减负荷和频率变化率(Rate of Change of Frequency，RoCoF)相关技术标准或要求，生成暂态频率跌落基准轨迹，并整定出对应的基准惯性时间常数。具体方法如下：

(1)固定参照机组的选择

设系统基准容量为S_base MW。

选定容量等于S_base且其所有调节系统闭锁、机械/电气阻尼忽略的交流同步发电机组作为固定参照机组。如此特殊选定的机组，一旦遭受不平衡功率扰动后，其频率变化过程将只决定于机组的固有旋转惯量，即对其进行观测所得的惯性时间系数应为常数。

(2)固定参照机组关键参数的整定

当选定的固定参照机组在某一稳定运行工况下遭受一定比重(相对于系统基准容量)的不平衡功率扰动ΔP_set(单位：标幺值pu)后，其频率轨迹f_ref(t)在规定的时间区间[0,t_set]s内，最大跌落应不低于f_inf，即f_ref(t_set)≥f_inf。

其中，ΔP_set可参照《节能发电调度办法实施细则》(发改能源[2007]3523号文)等技术规范或运行导则对事故备用的要求(10％左右)整定为-0.1pu；f_inf可根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》(DL/T 428–2011或Q/GDW 586-2011)等对第一级启动频率的要求整定为49Hz；t_set可在参照相关技术标准要求RoCoF＝1Hz/s的条件下整定为1s。于是，(ΔP_set,f_inf,t_set)＝(-0.1pu,49Hz,1s)被确定为固定参照机组配套组合关键参数的整定条件。

(3)暂态频率跌落基准轨迹的生成与基准惯性时间常数的整定

在(2)中配套组合关键参数整定条件下，固定参照机组的频率响应轨迹

(单位：pu)与ΔP_set和M_CR(基准惯性时间常数，单位：s)的关系为：

式中：M_CR为基准惯性时间常数；

为暂态频率跌落基准轨迹；ΔP_set为满足相关技术规范及安全导则要求的不平衡功率扰动量；

利用式(1)差分关系计算f_ref(t_set)。设差分时间步长为Δt_step，从0s开始，截止到t_set，共需经过N＝t_set/Δt_step步。其中，初值条件为：

当已经差分求解m-1(m≥1)步获得

后，利用下述关系可求得

式中：

为差分求解m-1步时计算得的暂态频率轨迹信息；Δt_step为差分时间步长；

利用差分计算结果，由f_ref(1)＝49Hz可整定出M_CR＝5.051s。与M_CR＝5.051s对应的频率轨迹f_ref(t)就是生成的暂态频率跌落基准轨迹，它可作为一种特殊的、具有统一性质的尺度(尺子)应用于新型电力系统广义惯性的测度。

步骤二、以暂态频率跌落基准轨迹为参照的广义惯性度量方法

以生成的暂态频率跌落轨迹为固定参照物，可通过由不同系统观测对象(观测点)采集的频率轨迹信号

度量出具有时空分布特征的瞬时广义惯性。具体方法如下：

(1)瞬时广义惯性时间增益系数的计算

任意采集的、不同观测点处的频率变化过程，相对于暂态频率跌落基准轨迹表现出的瞬时广义惯性时间增益系数计算关系为：

式中：

为已生成的暂态频率跌落基准轨迹；

为观测对象于某过程中的频率轨迹。

(2)瞬时广义惯性时间系数的计算

在某观测点度量出的瞬时广义惯性时间系数(单位：s)计算关系为：

M_EQ(t)＝ρa(t)M_CR (5)；

式中：ρ为待观测对象相对于S_base的容量倍数；

(3)瞬时广义惯性绝对变化量的计算

对任意两个频率变化过程I和II，其观测出的瞬时广义惯性时间系数的绝对变化量(单位：s)为：

ΔM_II-I(t)＝[ρ_IIa_II(t)-ρ_Ia_I(t)]M_CR (6)；

式中：a_I(t)和a_II(t)为与过程I和II对应的瞬时广义惯性时间增益系数；ρ_I和ρ_II为与过程I和II对应的待观测对象相对于S_base的容量倍数，当二者为同一待观测对象时，ρ_I＝ρ_II＝ρ。

(4)瞬时广义惯性相对变化量的计算

对任意两个频率变化过程I和II，其观测出的瞬时广义惯性时间系数的相对变化量(％)为：

式中：

和

为过程I和II的频率响应轨迹。

步骤三、以暂态频率跌落基准轨迹为标准的新能源电源临界渗透率的测算方法

对以新能源为主体的新型电力系统，其广义惯性水平将随着新能源电源渗透率的不断提高而逐渐降低。这意味着，当系统有功/频率御扰维稳能力降到一定程度后，可能会严重威胁到系统的安全稳定运行。因此，需要密切关注新型电力系统演化过程中的关键指标发展态势。其中，系统频率临界御扰维稳能力以及与之对应的新能源电源临界渗透率，就是新型电力系统需要重点监控的关键指标之一。其具体计算方法如下：

(1)系统频率临界御扰维稳能力的计算

记系统观测对象(观测点)集合为Ψ，不平衡功率扰动事件集合为Ω；系统在第k个不平衡功率扰动事件下，基于第i个观测对象(观测点)采集的频率响应轨迹

信号计算出的瞬时广义惯性时间系数为M_EQk-i(t)；第i个观测对象相对于S_base的容量倍数为ρ_i。

基于固定参照机组的基准惯性时间常数M_CR，定义关联于事件k∈Ω、观测点i∈Ψ的频率御扰维稳能力指标为：

式中：M_EQk-i(t)为待观测对象i在扰动事件k中计算出的瞬时广义惯性；ρ_i为第i个待观测对象相对于S_base的容量倍数；

当γ_k-i＝1时，观测到频率临界御扰维稳能力；当γ_k-i>1时，频率御扰维稳能力高于临界值，且γ_k-i数值高于1的程度越大，说明观测点i处抵御扰动事件k的能力越强；当γ_k-i<1时，频率御扰维稳能力低于临界值，且γ_k-i数值低于1的程度越大，说明观测点i处抵御扰动事件k的能力越弱。

基于所有γ_k-i信息，定义关联于事件集合Ω、观测点集合Ψ的系统级频率御扰维稳能力指标为：

式中：γ_k-i为观测点i在扰动事件k中计算出的频率御扰维稳能力指标；

当γ_sys＝1时，系统频率御扰维稳能力处于临界水平；当γ_sys>1时，系统频率御扰维稳能力高于临界值，且γ_sys数值高于1的程度越大，说明能力越强；当γ_sys<1时，系统频率御扰维稳能力低于临界值，且γ_sys数值低于1的程度越大，说明能力越弱，或系统局部频率御扰维稳能力短板效应越突出。

(2)系统新能源电源临界渗透率的计算

记(1)中求得的γ_sys对应于系统某一新能源电源运行渗透率r(等于系统中所有新能源电源输出功率总和与系统中所有电源输出功率总和的比值)场景，即γ_sys(r)；新能源电源运行渗透率演化场景集合为

系统新能源电源临界渗透率r_cr定义为：

r_cr＝{r|γ_sys(r)＝1,r∈[0,1]}或

式中：γ_sys(r)为对应于系统某一新能源电源运行渗透率r场景的系统级频率御扰维稳能力指标；

特殊的，只针对事件k∈Ω、观测点i∈Ψ的指标γ_k-i(r)测算的系统新能源电源临界渗透率r_crk-i为：

r_crk-i＝{r|γ_k-i(r)＝1,r∈[0,1]}或

式中：γ_k-i(r)为系统某一新能源电源运行渗透率r场景下待观测对象i在扰动事件k中计算出的频率御扰维稳能力指标；

r_cr与r_crk-i具有如下关系：

式中：r_crk-i为待观测点i在扰动事件k中计算出的新能源电源临界渗透率。

实施例：

在某基准容量S_base＝100MW、标称频率为50Hz的复杂电力系统中，选取一额定容量S_n＝706MW(容量倍数ρ＝7.06)、固有惯性时间常数M＝29.998s的火电机组i为观测对象，采集其在t＝0s时系统中某位置发生机组脱网事故后2s内的频率轨迹信息。

步骤一、生成暂态频率跌落基准轨迹，并整定相应的基准惯性时间常数

(1)固定参照机组的选择

选定容量等于S_base且其所有调节系统闭锁、机械/电气阻尼忽略的交流同步发电机组作为固定参照机组。

(2)固定参照机组关键参数整定

将ΔP_set参照《节能发电调度办法实施细则》(发改能源[2007]3523号文)等对事故备用的要求(10％左右)整定为-0.1pu；f_inf根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》(DL/T428-2011或Q/GDW586-2011)等对第一级启动频率的要求整定为49Hz；t_set可在参照相关技术标准要求RoCoF＝1Hz/s的条件下整定为1s。于是，(ΔP_set,f_inf,t_set)＝(-0.1pu,49Hz,1s)被确定为固定参照机组配套组合关键参数的整定条件。

(3)暂态频率跌落基准轨迹的生成与基准惯性时间常数的整定

由已知整定条件，可确定暂态频率跌落轨迹

在1s内从50Hz跌至49Hz的近似线性轨迹(图4)。利用式(1)差分计算结果，由f_ref(1)＝49Hz可整定出M_CR＝5.051s。其可作为定量考察后续频率跌落过程中广义惯性水平的固定参照物。

步骤二、以暂态频率跌落基准轨迹为参照的广义惯性度量方法

以生成的暂态频率跌落轨迹为固定参照，基于观测机组i于不同过程中的频率轨迹信号变化关系，可按照不同应用需求计算其广义惯性水平。

测算观测对象的广义惯性水平前，需要对采集到的频率轨迹信号进行适当预处理：

在实际应用时，首先需要对采集信号进行去噪处理。此外，为消除复杂系统中频率周期性振荡对总体跌落过程的不良影响，应基于滤噪后的频率信号、再次滤除影响

的周期性分量，只保留非周期跌落成分。

滤除影响RoCoF符号的周期振荡分量后的频率轨迹预处理效果如图5所示。由于仅保留频率非周期跌落成分且步骤一中生成的暂态频率跌落基准轨迹为近似线性，因此可保证广义惯性评估质量。

由图6、图7中所示的频率轨迹信号及步骤一中生成的基准轨迹(图4)即可计算该机组在不同过程中的广义惯性瞬时/平均水平。

(A)瞬时广义惯性时间增益系数的计算

根据图6、图7中频率轨迹及式(4)计算扰动后2s内该机组在过程I、II中相对于基准频率轨迹的瞬时广义惯性时间增益系数a_I(t)、a_II(t)，计算结果列于表1。

表1瞬时广义惯性时间增益系数a(t)计算结果

(B)瞬时广义惯性时间系数的计算

依据式(5)及已知的瞬时广义惯性时间增益系数计算结果，即可得观测机组i在过程I、II中的瞬时广义惯性水平M_IEQ(t)、M_IIEQ(t)及每隔200ms一个时段内的平均广义惯性

具体结果列于表2、表3。

表2过程I、II的瞬时广义惯性时间系数计算结果

表3过程I、II的平均广义惯性时间系数计算结果

(C)广义惯性绝对变化量的计算

根据式(6)计算观测机组i在过程II中相对于过程I的广义惯性绝对变化量，将瞬时广义惯性变化量ΔM_II-IEQ(t)及每隔200ms一个时段内的平均广义惯性变化量

计算结果列于表4。

表4过程II相对于过程I的广义惯性时间系数变化量计算结果

(D)广义惯性相对变化量的计算

由式(7)所示关系，可计算得观测机组i在过程II中相对于过程I的瞬时广义惯性相对变化量ΔM_II-I％(t)及每隔200ms一个时段内的平均惯性相对变化量

将计算结果列于表5。

表5过程II相对于过程I的广义惯性相对变化量计算结果

步骤三、以暂态频率跌落基准轨迹为标准的新能源电源临界渗透率的测算方法

以风电为例，研究不同新能源运行渗透率场景中观测机组i所提供的广义惯性水平。扰动后，机组i在该系统几种典型风电渗透率场景下的频率轨迹信号如图8所示。

由图8可见：当风电运行渗透率为22.24％和53.94％时，采集到的频率轨迹虽仍高于基准轨迹，但可清晰看出广义惯性已明显下降；当渗透率为63.33％时，采集到的频率轨迹已接近基准轨迹，说明此时机组i提供的广义惯性已达基准惯性时间系数条件下系统尚可维稳的临界水平；当渗透率为77.42％时，采集到的频率轨迹显著低于基准轨迹，说明此时从观测点i反映出的系统维稳能力弱，亟需采取适当能力增强措施或控制策略。

根据图8频率轨迹信号反映出的广义惯性信息，可将不同风电渗透场景下该观测点于扰动后2s内的平均广义惯性水平

及相对应的御扰维稳能力指标γ_k-i计算结果列于表6。

表6不同风电渗透率场景下的广义惯性指标

由表6计算结果可知，当系统中风电运行渗透率分别为22.24％、53.94％时，从观测机组i反映出的御扰维稳能力指标γ_k-i显著大于1，说明此时系统御扰维稳能力较强、系统中新能源渗透率尚且处于安全水平，仍可进一步接纳更多新能源机组，即r_k-i<r_crk-i；当风电渗透率为63.33％时，从观测机组i反映的御扰维稳能力指标γ_k-i已接近1，说明此时系统御扰维稳能力及新能源渗透率均已接近临界水平r_crk-i，系统中新能源机组比例的进一步增加将使得γ_k-i<1，严重威胁系统稳定运行；当风电渗透率为77.42％时，从观测机组i反映的御扰维稳能力指标γ_k-i为0.503，此时的御扰维稳能力已明显低于临界值，说明此时新能源机组占比已超限(r_k-i>r_crk-i)，为保证系统稳定运行，亟待调整现有电源结构或引入其他附加调控措施。

综上，由式(11)可得本实施例中由观测机组i反映出的系统新能源临界渗透率r_crk-i≈63.33％。

进一步地，当针对实际电网扰动事件集Ω和观测点集合Ψ测算出所有对应的γ_k-i和相应的r_crk-i后，即可依据式(9)、式(12)得出系统级的御扰维稳能力指标γ_sys和新能源电源临界渗透率r_cr。

Claims (6)

1.一种以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、暂态频率跌落基准轨迹的生成

(1.1)固定参照机组的选择

选定容量等于系统基准容量S_base且其所有调节系统闭锁、机械/电气阻尼忽略的交流同步发电机组作为固定参照机组；

(1.2)固定参照机组关键参数的整定

依据不同技术规范、安全导则规定及实际研究需求，确定固定参照机组配套组合关键参数(ΔP_set,f_inf,t_set)的整定条件，其中，ΔP_set为不平衡功率扰动量；f_inf为频率跌落限值；t_set为暂态频率跌落轨迹持续时间；

当选定的固定参照机组在某一稳定运行工况下遭受一定比重的不平衡功率扰动ΔP_set后，其频率轨迹f_ref(t)在规定的时间区间[0,t_set]s内，最大跌落应不低于f_inf，即f_ref(t_set)≥f_inf；

(1.3)暂态频率跌落基准轨迹的生成与基准惯性时间常数M_CR的整定

在(1.2)中已确定的配套组合关键参数整定条件下，依据固定参照机组的频率响应特征，输入参数(ΔP_set,f_inf,t_set,M_CR)，依据差分关系计算f_ref(t_set)，即可由差分计算结果整定出M_CR，并生成暂态频率跌落基准轨迹

步骤二、以暂态频率跌落基准轨迹为参照的广义惯性度量

以步骤一生成的暂态频率跌落基准轨迹为固定参照，基于观测对象i在系统第k个不平衡功率扰动事件下的频率轨迹信号变化关系，计算广义惯性度量：瞬时广义惯性时间增益系数a_k-i(t)、瞬时广义惯性时间系数M_EQk-i(t)、瞬时广义惯性绝对变化量ΔM_II-I(t)、瞬时广义惯性相对变化量ΔM_II-I％(t)；

步骤三、以暂态频率跌落基准轨迹为标准的新能源电源临界渗透率的测算

(3.1)系统频率临界御扰维稳能力的计算

基于由第i个观测对象在系统第k个不平衡功率扰动事件下采集到的频率响应轨迹信息

计算出的瞬时广义惯性时间系数M_EQk-i(t)、第i个观测对象相对于S_base的容量倍数ρ_i和已整定的基准惯性时间常数M_CR，由下式计算得关联于事件k∈Ω、观测对象i∈Ψ的频率御扰维稳能力指标γ_k-i：

在测算得所有γ_k-i信息后由下式关系得系统级频率御扰维稳能力指标γ_sys：

式中，Ψ为观测对象集合，Ω为不平衡功率扰动事件集合；

(3.2)系统新能源电源临界渗透率的计算

记上述求得的γ_sys对应于系统某一新能源电源运行渗透率r场景，若γ_sys(r)＝1，则说明此时系统新能源渗透率处于临界水平r_cr，即：

r_cr＝{r|γ_sys(r)＝1,r∈[0,1]}或

式中，

为新能源电源运行渗透率演化场景集合；

在测算得所有观测对象i在系统第k个不平衡功率扰动事件下的新能源临界渗透率r_crk-i后，依据下式关系求得系统新能源临界渗透率r_cr：

2.根据权利要求1所述的以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述步骤一中，差分关系表达式如下：

式中：M_CR为基准惯性时间常数；

为暂态频率跌落基准轨迹；ΔP_set为满足相关技术规范及安全导则要求的不平衡功率扰动量。

3.根据权利要求1所述的以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述步骤二中，瞬时广义惯性时间增益系数a(t)的计算方法如下：

采集基于由第i个观测对象在系统第k个不平衡功率扰动事件下采集到的频率响应轨迹信息

以暂态频率跌落基准轨迹

为参照过程，求取相应的瞬时广义惯性时间增益系数a_k-i(t)：

4.根据权利要求1所述的以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述步骤二中，广义惯性时间系数M_EQk-i(t)的计算方法如下：

根据计算得的瞬时广义惯性时间增益系数a_k-i(t) 、已整定的基准惯性时间常数M_CR和待观测对象i相对于S_base的容量倍数ρ_i，计算得从该观测对象i在系统第k个不平衡功率扰动事件下度量出的广义惯性时间系数M_EQk-i(t)：

M_EQk-i(t)＝ρ_ia_k-i(t)M_CR。

5.根据权利要求1所述的以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述步骤二中，瞬时广义惯性绝对变化量ΔM_II-I(t)的计算方法如下：

对任意两个频率变化过程I和II，通过将暂态频率跌落基准轨迹作为固定参照，求取与过程I和II相对应的瞬时广义惯性时间增益系数a_I(t)、a_II(t)和待观测对象相对于S_base的容量倍数ρ_I、ρ_II，之后由下式计算瞬时广义惯性绝对变化量ΔM_II-I(t)：

ΔM_II-I(t)＝[ρ_IIa_II(t)-ρ_Ia_I(t)]M_CR。

6.根据权利要求1所述的以暂态频率跌落基准轨迹为统一尺度的广义惯性测度方法，其特征在于所述瞬时广义惯性相对变化量ΔM_II-I％(t)的计算方法如下：

在求得过程I和II对应的瞬时广义惯性时间增益系数a_I(t)、a_II(t)和容量倍数ρ_I、ρ_II后，依据下式求得两过程间的瞬时广义惯性相对变化量ΔM_II-I％(t)：

式中：

和

为过程I和II的频率响应轨迹。

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