CN114256875A - 一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，包括：获取风光储电站并网点的频率，将频率采用一节惯性滤波算法进行滤波；利用滤波后的频率，计算风光储电站并网点频率变化率；根据计算获得的频率变化率，获取进入评估时刻的有功功率值；根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功功率值相对进入评估时刻有功功率值的差值；根据差值计算结果，测量风光储电站并网点的有功功率变化和频率变化，基于能量视角对风光储电站的并网点进行等效惯量评估。上述方法对风光储电站的等效惯量水平有一个更为准确细致评估，对于系统风光储电站的并网、调频策略的制定等均具有重要的指导意义。

Description

一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法

技术领域

本发明涉及新能源电力系统等效惯量评估技术领域，尤其涉及一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法。

背景技术

在我国加快能源转型并提出“双碳”目标的背景下，电力系统中风光等新能源电源装机比例提高。风电、光伏电源受环境因素的影响，出力存在波动性，影响系统有功功率平衡，进而影响系统的频率稳定。同时，传统火电机组的关停以及大量新能源电源取代传统火电机组并入电网，导致电网的惯量和一次调频能力下降，维持系统频率稳定的能力降低。相关文献指出，大量基于换流器并网的新能源电源取代同步机接入电网，将使得系统惯量水平的降低，从而使系统稳态运行时频率波动幅度更大。系统的总惯量体现了系统在出现功率不平衡时抑制频率变化的能力，与电网出现有功缺额时电网频率变化等指标密切相关。系统一次调频能力反映了在出现频率偏差时，系统调整功率输出降低频率偏差的能力。

在高比例新能源接入电网的背景下，为了降低风光波动性对电网的影响，提升风光发电调节能力，将储能装置与风电、光伏相结合，建设风光储电站成为风光的重要开发利用形式。风光储电站一方面利用储能装置的功率调节能力消除风电、光伏输出功率的波动性，另一方面基于换流器控制策略的灵活性，可向电网提供主动的频率支撑。然而，风光储电站受环境因素和运行工况的影响，其频率调节能力在时间尺度上会发生变化，因此评估风光储电站的调频能力，对研究系统的频率动态特性、指导新能源并网具有重要意义。

评估系统调频能力，不仅要确定现存传统具备旋转刚体机组的惯性时间常数，也要确定新能源电源在扰动事件中体现的频率支撑能力，即确定新能源电源的等效惯量。系统发生功率扰动后，当频率越过新能源电源的频率控制门槛值，新能源电源的控制策略响应频率变化，调整输出有功功率。近年来，随着PMU(同步相量测量单元)在电网中的大量装备，能够容易的获取系统运行状态，已有大量文献基于PMU测得的扰动后数据对系统整体和区域惯量进行了评估研究，但是在大量新能源电源接入的背景下，鲜有评估风光储电站的惯量的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，对风光储电站的等效惯量水平有一个更为准确细致评估，对于系统风光储电站的并网、调频策略的制定等均具有重要的指导意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，包括：

获取风光储电站并网点的频率，将频率采用一节惯性滤波算法进行滤波；

利用滤波后的频率，计算风光储电站并网点频率变化率；

根据计算获得的频率变化率，获取进入评估时刻的有功功率值；

根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功功率值相对进入评估时刻有功功率值的差值；

根据差值计算结果以及风光储电站并网点频率变化，基于能量视角对风光储电站的并网点进行等效惯量评估。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于PMU在风光储电站并网点的量测数据(频率和有功功率数据)，在滤波的基础上，从理论上确定风光储电站并网点的等效惯量，利用扰动后的数据对风光储电站的等效惯量进行评估。对于确定新能源电源的惯量水平和研究新能源电力系统频率特性具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的经过滤波后并网点的频率曲线图；

图3为本发明实施例提供的滤波频率计算的频率变化率曲线图；

图4为本发明实施例提供的风光储电站并网点实测有功功率曲线图；

图5为本发明实施例提供的虚拟惯量评估结果示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

下面对本发明所提供的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图1所示，一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，主要包括如下步骤：

步骤1、获取风光储电站并网点的频率，将频率采用一节惯性滤波算法进行滤波。

本发明实施例中，基于PMU的量测数据获取风光储电站并网点的频率和有功功率。

对于风光储电站并网点的频率采用一阶惯性滤波算法对风光储电站并网电的频率数据进行滤波，以消除PMU测量频带内的噪声的影响。一阶惯性滤波算法，将i时刻采样的频率记为X(i)，i-1时刻滤波后的频率记为f(i-1)，通过下式进行滤波：

f(i)＝αX(i)+(1-α)f(i-1)

其中，α表示滤波系数，f(i)表示i时刻滤波后的频率。

上述滤波过程中，通过引入滤波系数(权重因子)α，引入对历史数据的作用，使得输出对输入有反馈作用。

如图2所示，为经过滤波后并网点的频率曲线图。

步骤2、利用滤波后的频率，计算风光储电站并网点频率变化率。

本发明实施例中，通过下式计算风光储电站并网点频率变化率：

其中，

表示i时刻的风光储电站并网点频率变化率，f(i+1)、f(i)分别表示i+1时刻、i时刻滤波后的频率，T_s为示采样周期，t表示时刻。

如图3所示，为滤波频率计算的频率变化率曲线图。

步骤3、根据计算获得的频率变化率，获取进入评估时刻的有功功率值。

实际风光储电站运行过程中，为了避免风光储频繁响应系统频率变化以致影响寿命，通常针对虚拟惯量控制会设置死区。本发明实施例中，根据计算获取频率变化率判断是否进行并网点的等效惯量评估，若频率变化率超过设置的死区，风光储才会响应频率变化，参与虚拟惯量控制，此时获取进入评估时刻的有功功率值。

步骤4、根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功功率值相对进入评估时刻有功功率值的差值。

本步骤采用下式计算差值：

ΔP(i)＝P(i)-P(0)

其中，P(i)表示i时刻的风光储电站并网点实测有功功率值(基于PMU的量测数据得到)，P(0)表示进入评估时刻有功功率值，ΔP(i)表示二者的差值，即风光储电站并网点的有功功率变化量。

如图4所示，为风光储电站并网点实测有功功率曲线图。

步骤5、根据差值计算结果以及风光储电站并网点频率变化，基于能量视角对风光储电站的并网点进行等效惯量评估。

当系统发生扰动，出现功率不平衡时，风光储电站并网点频率将发生变化，当风光储电站并网点频率或频率变化率达到触发风光储电站虚拟惯量功能的限值时，风光储电站将根据频率调节有功功率输出以支撑电网频率稳定，有功功率调节量满足如下关系式：

其中，式中，2H为风光储电站虚拟惯性时间常数，Δf为风光储电站并网点频率偏差，ΔP为风光储电站并网点有功功率调节量；

采用虚拟惯量控制并向风光储电站并网点输出有功时，基于能量视角，采用下式进行计算：

其中，t₁为积分上界，t₀为积分下界，二者均表示时刻，ΔP表示相应时刻的有功功率值的差值计算结果(此处省略了时刻符号)，f(t₁)、f(t₀)分别表示t₁时刻、t₀时刻滤波后的频率；H表示风光储电站并网点的等效惯量。

将风光储电站并网点的等效惯量H的计算公式离散化，积分计算采用复化梯形法，得到：

其中，f(i)、f(i-n+1)分别表示i时刻、i-n+1时刻滤波后的频率；ΔP表示表示相应时刻的有功功率值的差值计算结果，各ΔP括号中的信息表示相应时刻；

通过求解上述方程，获得风光储电站并网点的等效惯量；因此风光储电站并网点的等效惯量评估需要的信息为风光储电站并网点的有功功率和频率。同时，能够通过调整滑动数据窗的窗长n实现不同时间尺度的评估。

本发明实施例上述方案，能对风光储的调频能力进行合理的估计，根据并网点采集的频率和有功功率数据，不需要辨识扰动功率大小，评估过程采用基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，即可对风光储电站的并网点等效惯量进行评估。

图5展示了等效惯量评估结果的示例，由图5可以看到，利用本发明提出的方法，对风光储电站并网点的等效惯量评估结果(用数字2进行了标记)接近其控制的设定值(用数字1进行了标记)，可以证明本发明能较为准确地计算得到风光储电站的等效惯量时间常数，对风光储的调频能力有一个更加精确的描述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，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披露的技术范围内，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书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，包括：

获取风光储电站并网点的频率，将频率采用一节惯性滤波算法进行滤波；

利用滤波后的频率，计算风光储电站并网点频率变化率；

根据计算获得的频率变化率，获取进入评估时刻的有功功率值；

根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功功率值相对进入评估时刻有功功率值的差值；

根据差值计算结果以及风光储电站并网点频率变化，基于能量视角对风光储电站的并网点进行等效惯量评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，所述获取风光储电站并网点的频率，将频率采用一节惯性滤波算法进行滤波包括：

将i时刻采样的频率记为X(i)，i-1时刻滤波后的频率记为f(i-1)，通过下式进行滤波：

f(i)＝αX(i)+(1-α)f(i-1)

其中，α表示滤波系数，f(i)表示i时刻滤波后的频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，所述利用滤波后的频率，计算风光储电站并网点频率变化率表示为：

其中，

表示i时刻的风光储电站并网点频率变化率，f(i+1)、f(i)分别表示i+1时刻、i时刻的滤波后的频率，T_s为示采样周期，t表示时刻。

4.根据权利要求1所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，所述根据计算获得的频率变化率，获取进入评估时刻的有功功率值包括：

根据计算获取频率变化率判断是否进行并网点的等效惯量评估，若频率变化率超过设置的死区，则获取进入评估时刻的有功功率值。

5.根据权利要求1所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，所述根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功功率值相对进入评估时刻有功功率值的差值表示为：

ΔP(i)＝P(i)-P(0)

其中，P(i)表示i时刻的风光储电站并网点实测有功功率值，P(0)表示进入评估时刻有功功率值，ΔP(i)表示二者的差值，即风光储电站并网点的有功功率变化量。

6.根据权利要求1所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，所述根据差值计算结果以及风光储电站并网点频率变化，基于能量视角对风光储电站的并网点进行等效惯量评估的方式表示为：

其中，t₁为积分上界，t₀为积分下界，二者均表示时刻，ΔP表示相应时刻的有功功率值的差值计算结果，f(t₁)、f(t₀)分别表示t₁时刻、t₀时刻滤波后的频率；H表示风光储电站并网点的等效惯量。

7.根据权利要求6所述的一种基于能量视角的风光储电站并网点等效惯量评估方法，其特征在于，将风光储电站并网点的等效惯量H的计算公式离散化，积分计算采用复化梯形法，得到：

其中，f(i)、f(i-n+1)分别表示i时刻、i-n+1时刻滤波后的频率；ΔP表示表示相应时刻的有功功率值的差值计算结果，各ΔP括号中的信息表示相应时刻；

通过求解上述方程，获得风光储电站并网点的等效惯量；

同时，能够通过调整滑动数据窗的窗长n实现不同时间尺度的评估。

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