CN114204611A - 一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法 - Google Patents

一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于电力系统调频技术领域的一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法。该方法包括：步骤1：获取全网同步机的关键调频参数；步骤2：整定机械增益系数，利用整定后的机械增益系数整定惯量、调差系数、再热时间常数和高压涡轮功率分数；步骤3：对步骤2中的四个关键调频参数进行聚合得到单机等值模型，再根据单机等值模型化简后的结构图得到惯性中心频率响应传递函数；步骤4：对步骤3中的惯性中心频率响应传递函数进行拉普拉斯反变换得到全网惯性中心频率响应时域解析模型。本发明所提供的方法能够更准确地解析计算全网惯性中心的频率响应，同时使得其计算效果进一步贴近真实电网。

Description

一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法
技术领域
本发明涉及电力系统调频技术领域，尤其涉及一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法。
背景技术
随着化石能源的逐渐开采，对能源的需求逐渐增加，人类与大自然的关系也日益紧张。在此背景下，构建以新能源为主体的新型电力系统，考虑新能源并网及其相关技术已成为未来电力技术发展的重要方向。
我国的新能源占比逐年增加，但新能源本身具有波动性以及弱惯量的特性，导致在区域电网发生负荷扰动之后，新能源对系统频率的支撑效果不佳，因此同步机依然承担主要的调频作用。
虽然目前同步机系统的频率响应研究已经比较深入，但是主流的频率响应计算方法无法适用于过阻尼状态，针对任意阻尼状态的频率响应计算方法还有待完善，如何更好地为电网制定抗扰动能力强的日前调度计划服务还有待研究。
针对上述问题，亟需一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法。已知全网同步机的所有调频参数包括惯量、调差系数、再热时间常数等；根据同步机的装机容量对调频参数进行等效聚合得到单机等值模型；在单机等值模型的基础上，通过结构图的化简得到惯性中心频率的传递函数；对惯性中心频率的传递函数进行拉普拉斯反变换得到全网惯性中心的频率响应时域解析模型。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过PMU装置量测计算获取全网同步机的关键调频参数，包括惯量、调差系数、再热时间常数、高压涡轮功率分数、阻尼系数、机械增益系数和扰动功率；
步骤2：根据同步机的装机容量和系统总容量整定机械增益系数，利用整定后的机械增益系数整定惯量、调差系数、再热时间常数和高压涡轮功率分数；
步骤3：对步骤2中的四个关键调频参数进行聚合得到单机等值模型，再根据单机等值模型化简后的结构图得到惯性中心频率响应传递函数；
步骤4：对步骤3中的惯性中心频率响应传递函数进行拉普拉斯反变换得到全网惯性中心频率响应时域解析模型。
所述步骤2中整定后的同步机的机械增益系数为：
Figure BDA0003399034030000021
其中Sg为第g台同步机的装机容量，n为同步机的台数。
所述单机等值模型的等效调频参数为：
Figure BDA0003399034030000022
Figure BDA0003399034030000023
Figure BDA0003399034030000024
Figure BDA0003399034030000025
Figure BDA0003399034030000026
其中，R、FH、TR、H分别为单机等值模型的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，Rg、FHg、TRg、Hg分别为第g台同步机的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，λg为辅助计算的中间变量。
所述步骤3中的惯性中心频率响应传递函数为：
Figure BDA0003399034030000027
其中，Km、PStep分别为机械增益系数、扰动功率，D为同步机阻尼系数，ξ为阻尼系数，ωn为二阶模型的自然频率。
所述全网惯性中心频率响应时域解析模型为：
Figure BDA0003399034030000031
其中：
Figure BDA0003399034030000032
Figure BDA0003399034030000033
本发明的有益效果在于：
1、本发明方法能够在已知电网关键调频参数的基础上，根据同步机的装机容量和系统总容量进行多机聚合；
2、本发明能够根据单机等值模型计算得到全网惯性中心的频率响应时域解析模型，该模型可以更加精准地计算过阻尼状态的电网频率响应。
附图说明
图1为本发明适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法的流程图；
图2为验证算法正确性搭建的3机9节点拓扑图；
图3为现有的惯性中心频率时域解析模型SFR所计算的得到的过阻尼、欠阻尼系统扰动后频率响应图；
图4为本发明惯性中心频率时域解析模型所计算的得到的过阻尼、欠阻尼系统扰动后频率响应图。
具体实施方式
本发明提出一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
图1为本发明适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法的流程图，该方法具体步骤如下：
步骤1：关键调频参数获取；
根据具体的运行要求，由人机界面获取关键调频参数如：惯量H、调差系数R、再热时间常数TR、高压涡轮功率分数FH、阻尼系数ξ、机械增益系数Km、扰动功率PStep，完毕后进入步骤2；
步骤2：多机系统聚合；
通过同步机的装机容量和系统总容量整定机械增益系数，整定后各同步机的机械增益系数由下式计算：
Figure BDA0003399034030000041
其中Sg为第g台同步机的装机容量，n为同步机的台数。
根据整定后的同步机的机械增益系数整定惯量、调差系数、再热时间常数、高压涡轮功率分数，最后对调频参数进行聚合得到单机等值模型，单机等值模型的等效调频参数由下式计算：
Figure BDA0003399034030000042
Figure BDA0003399034030000043
Figure BDA0003399034030000044
Figure BDA0003399034030000045
Figure BDA0003399034030000046
其中Rg、FHg、TRg、Hg分别为第g台同步机的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，λg为辅助计算的中间变量，完毕后进入步骤3；
步骤3：结构图化简，计算惯性中心频率响应传递函数；
根据单机等值模型把结构图进行化简，得到惯性中心频率响应传递函数，频率响应单机等值模型结构图如图1所示，可以得到惯性中心频率响应传递函数如下式：
Figure BDA0003399034030000051
其中R、FH、TR、H、Km、PStep分别为单机等值模型的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量、机械增益系数、扰动功率，完毕后进入步骤4；
步骤4：对频率响应时域解析模型进行推导；
对惯性中心频率的传递函数进行拉普拉斯反变换得到全网惯性中心的频率响应时域解析模型，其时域解析模型推导过程如下所示：
Figure BDA0003399034030000052
其中，ωn为二阶模型的自然频率，D为同步机阻尼系数。
根据双曲正弦、双曲余弦的定义，即
Figure BDA0003399034030000053
上式可以化简为下式：
Figure BDA0003399034030000054
将上式提取公因式并合并同类项后，得到全网惯性中心的频率响应时域解析模型如下式：
Figure BDA0003399034030000061
其中：
Figure BDA0003399034030000062
Figure BDA0003399034030000063
图2为3机9节点系统拓扑图，该地区系统电压等级为220kV，发电机总体容量为402MW，负荷总量350MW，该系统关键调频参数聚合后如下所示：
Figure BDA0003399034030000064
将关键调频参数带入已有的方法得到系统在扰动后的频率响应如图3所示，
带入本发明所提的全网惯性中心的频率响应时域解析模型得到系统在扰动后的频率响应如图4所示，经过对比发现，本发明模型可以适用于计算任意阻尼状态的频率响应。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过PMU装置量测计算获取全网同步机的关键调频参数，包括惯量、调差系数、再热时间常数、高压涡轮功率分数、阻尼系数、机械增益系数和扰动功率；
步骤2：根据同步机的装机容量和系统总容量整定机械增益系数，利用整定后的机械增益系数整定惯量、调差系数、再热时间常数和高压涡轮功率分数；
步骤3：对步骤2中的四个关键调频参数进行聚合得到单机等值模型，再根据单机等值模型化简后的结构图得到惯性中心频率响应传递函数；
步骤4：对步骤3中的惯性中心频率响应传递函数进行拉普拉斯反变换得到全网惯性中心频率响应时域解析模型。
2.根据权利要求1所述适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，所述步骤2中整定后的同步机的机械增益系数为：
Figure FDA0003399034020000011
其中Sg为第g台同步机的装机容量，n为同步机的台数。
3.根据权利要求1所述适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，所述单机等值模型的等效调频参数为：
Figure FDA0003399034020000012
Figure FDA0003399034020000013
Figure FDA0003399034020000014
Figure FDA0003399034020000015
Figure FDA0003399034020000021
其中，R、FH、TR、H分别为单机等值模型的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，Rg、FHg、TRg、Hg分别为第g台同步机的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，λg为辅助计算的中间变量。
4.根据权利要求1所述适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，所述步骤3中的惯性中心频率响应传递函数为：
Figure FDA0003399034020000022
其中，Km、PStep分别为机械增益系数、扰动功率，D为同步机阻尼系数，ξ为阻尼系数，ωn为二阶模型的自然频率。
5.根据权利要求1所述适用所有阻尼状态的频率响应解析计算方法，其特征在于，所述全网惯性中心频率响应时域解析模型为：
Figure FDA0003399034020000023
其中：
Figure FDA0003399034020000024
Figure FDA0003399034020000025
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