CN117154693A - 最小同步惯量评估方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

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陈勇
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Abstract

本申请实施例公开了一种最小同步惯量评估方法、最小同步惯量评估装置、计算机设备和计算机可读存储介质。其中，本申请提出的方法是基于系统频率响应模型进行频率关键参数求解的，该第二状态空间模型的建立反应电网内同步发电机组和新能源发电机组的各项物理参数和实际系统采用的模型，使得最小惯量的求解精度得到了很大的提升。在分析最小惯量时，所考虑的频率关键参数包含最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率的约束，从而得到的最小惯量评估值在电网系统的大部分运行场景都能保证频率的安全稳定。基于上述处理，本申请提供的方法能够准确进行大规模电力系统的最小同步惯量评估。

Description

最小同步惯量评估方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请属于电力系统频率稳定分析技术领域，特别是涉及一种最小同步惯量评估方法、最小同步惯量评估装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
大部分新能源设备由于其解耦特性，能向电网提供的频率支撑微乎其微，新能源发电占比的增加使得系统同步惯量减小，使得大扰动下系统频率稳定性问题更为严峻。
为量化系统能承受的新能源最大接入规模，现有的方案是通过给定最大频率偏差和最大频率变化率(rate of change of frequency，RoCoF)约束来确定系统频率稳定的最小同步惯量。但现有的方法常对系统一次调频模型进行了过度简化，计算结果不够准确的同时忽略了部分动态过程，不能对评估最小同步惯量的问题进行准确的描述，得到的评估结果难以直接用于指导实际电网的调度控制、运行方式安排以及电源规划。如何准确评估电力系统的最小同步惯量，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了一种最小同步惯量评估方法、最小同步惯量评估装置、计算机设备和计算机可读存储介质，能够准确进行大规模电力系统的最小同步惯量评估。
本申请解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：
本申请提供了一种种最小同步惯量评估方法，包括如下步骤：获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，第一状态空间模型用于表征同步发电机组的一次调频状态，第二状态空间模型用于表征电网的系统频率响应状态；假定电网处于预设故障状态，对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生预设故障状态的初始时刻；基于等值发电机转速方程，计算初始时刻时第二状态空间模型输出的频率变化率；计算系统频率时域表达式从初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率；获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量。
在本申请一可选实施例中，根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：获取第一装机信息中的同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、系数矩阵、输入的系统频率偏差量、同步发电机原动机的输出功率、输入向量和输出向量，根据同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、系数矩阵、输入的系统频率偏差量、同步发电机原动机的输出功率、输入向量和输出向量构建第一状态空间模型；获取第二装机信息中的等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量，根据等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量构建等值发电机转速方程；将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型。
在本申请一可选实施例中，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型得到的模型标记为初始第二状态空间模型；设定新能源发电机组的发电功率变化量为定值，并将初始第二状态空间模型利用线性变换后得到线性第二状态空间模型；消去线性第二状态空间模型中的代数变量以得到第二状态空间模型。
在本申请一可选实施例中，预设故障状态包括大容量负荷掉线、直流闭锁或发电机跳机中的至少一项；对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式，包括：获取第一装机信息中的第一装机量，第二装机信息中的第二装机量；根据第一装机量和第二装机量确定电网的基准容量；确定电网的电网类型，电网类型包括送端电网或受端电网；根据电网类型和基准容量设定系统负荷变化量，系统负荷变化量为第二状态空间模型中等值发电机转速方程中的一个系数；将设定后的第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式。
在本申请一可选实施例中，通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差，包括：通过电网类型设定极值的确定条件，极值包括频率最低点时刻和/或频率最高点时刻；根据牛顿法求解式修正系统频率时域表达式，求解得到满足确定条件的最大频率偏差。
在本申请一可选实施例中，获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集，包括：当最大频率偏差与预设的紧急频率控制点的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第一等值惯性时间常数；当频率变化率与预设的最大频率变化率设定值的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第二等值惯性时间常数；当频率平均变化率预设的频率变化率最大值的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第三等值惯性时间常数；汇总第一等值惯性时间常数、第二等值惯性时间常数和第三等值惯性时间常数计为等值惯性时间常数集。
在本申请一可选实施例中，根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量，包括：选定等值惯性时间常数集中的数值最大的等值惯性时间常数数值作为最小惯量评估值；获取第一装机信息中的第一装机量，第二装机信息中的第二装机量；根据第一装机量和第二装机量确定电网的基准容量；根据最小惯量评估值和基准容量确定电网的最小惯量。
本申请还提供了一种最小同步惯量评估装置，包括：获取模块，用于获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，第一状态空间模型用于表征同步发电机组的一次调频状态，第二状态空间模型用于表征电网的系统频率响应状态；处理模块，用于假定电网处于预设故障状态，对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生预设故障状态的初始时刻；基于等值发电机转速方程，计算初始时刻时第二状态空间模型输出的频率变化率；计算系统频率时域表达式从初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率；评估模块，用于获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量。
本申请还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器：处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如前述的方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如前述的方法。
采用本申请实施例，具有如下有益效果：
本申请提出的方法是基于系统频率响应模型进行频率关键参数求解的，该第二状态空间模型的建立反应电网内同步发电机组和新能源发电机组的各项物理参数和实际系统采用的模型，使得最小惯量的求解精度得到了很大的提升。在分析最小惯量时，所考虑的频率关键参数包含最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率的约束，从而得到的最小惯量评估值在电网系统的大部分运行场景都能保证频率的安全稳定。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
其中：
图1为一实施例提供的一种最小同步惯量评估方法的流程示意图；
图2为一实施例提供的四机两区域系统框图；
图3为一实施例提供的水电机组的原动机、调速器控制系统框图；
图4为一实施例提供的不同等值惯性时间常数下的系统频率响应曲线；
图5为一实施例提供的一种最小同步惯量评估装置的结构示意框图；
图6为一实施例提供的一种计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在于针对现有技术所采用的分析模型精度不足，考虑的实际系统频率稳定约束不充分的特点，本申请提供一种最小同步惯量评估方法，用以指导电力系统的同步惯量水平设计。本申请通过建立考虑新能源和同步发电机组的多机同步系统频率响应模型，求解高比例新能源方式下更加准确的系统最小惯量需求，从而更能高效地指导在线同步发电机的机组组合。为了清楚描述本实施例提供的一种最小同步惯量评估方法，请参考图1～图4，包括有步骤S110～S130。
步骤S110：获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，第一状态空间模型用于表征同步发电机组的一次调频状态，第二状态空间模型用于表征电网的系统频率响应状态。
在一实施方式中，步骤S110：根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：获取第一装机信息中的同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、系数矩阵、输入的系统频率偏差量、同步发电机原动机的输出功率、输入向量和输出向量，根据同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、系数矩阵、输入的系统频率偏差量、同步发电机原动机的输出功率、输入向量和输出向量构建第一状态空间模型；获取第二装机信息中的等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量，根据等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量构建等值发电机转速方程；将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型。
在一实施方式中，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型得到的模型标记为初始第二状态空间模型；设定新能源发电机组的发电功率变化量为定值，并将初始第二状态空间模型利用线性变换后得到线性第二状态空间模型；消去线性第二状态空间模型中的代数变量以得到第二状态空间模型。
在一实施方式中，获取电网极路由在线同步发电机组的第一装机信息，具体可以包括有装机容量、同步发电机组所采用的原动机、调速器模型及参数，根据上述第一装机信息形成一次调频的状态空间模型。具体而言可以为：假设电网当中在线的同步发电机有n台，第i台同步发电机的额定容量是Ssi，且在线的新能源发电机组的总额定容量是Sn，电网的新能源装机占比为：
以SB为电网的基准容量，在此基准值下，获取同步发电机组的第一装机信息记录的，电机组所采用的原动机、调速器模型及参数形成的第一状态空间模型：
式(2)中：zsi是第i台同步发电机组一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合，Tsi、Jsi是系数矩阵，Δf是输入的频率偏差量，ΔPm,si是第i台同步发电机原动机的输出功率，bsi和csi分别是输入向量和输出向量，上标“T”表示转置。以上信息皆包括在第一装机信息中，并且第一状态空间模型用于表征同步发电机组的一次调频状态。
同样的获取第二装机信息中的等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量，用于建立等值发电机的转速方程，也即等值发电机转速方程：
式(3)中：TJ,sys为等值惯性时间常数，KD,sys为等值发电机阻尼系数，ΔPn为新能源发电机组的发电功率变化量，ΔPL为等值系统负荷变化量。
将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型这样可以形成包含多台机组的第二应状态空间模型：
式(4)中：T、J为系数矩阵，Δz为多机频率响应模型状态变量与代数变量的集合向量，b、b1为系数向量。所建立的第二状态空间模型用于表征电网的系统频率响应状态，同时此时建立的第二状态空间模型仅用于应对通常情况，故为与后续模型做区分，将式(4)定义为初始第二状态空间模型。
具体的，为了应对极端的场景，不考虑新能源参与电网的频率响应过程，设定新能源发电机组的发电功率变化量为定值，即可以令式(4)中ΔPn＝0。接着，将初始第二状态空间模型利用线性变换把式变换为线性第二状态空间模型，可为如下式所表示：
式中：分别是系统的状态变量和代数变量，/>是第1个元素为1的单位列向量。消去式(5)中的Δy可以建立标准形式的状态空间模型，也即第二状态空间模型：
定义式(6)中的参数A和B分别为：
步骤S120：假定电网处于预设故障状态，对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生预设故障状态的初始时刻；基于等值发电机转速方程，计算初始时刻时第二状态空间模型输出的频率变化率；计算系统频率时域表达式从初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率。
在一实施方式中，步骤S120：预设故障状态包括大容量负荷掉线、直流闭锁或发电机跳机中的至少一项；对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式，包括：获取第一装机信息中的第一装机量，第二装机信息中的第二装机量；根据第一装机量和第二装机量确定电网的基准容量；确定电网的电网类型，电网类型包括送端电网或受端电网；根据电网类型和基准容量设定系统负荷变化量，系统负荷变化量为第二状态空间模型中等值发电机转速方程中的一个系数；将设定后的第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式。
在一实施方式中，通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差，包括：通过电网类型设定极值的确定条件，极值包括频率最低点时刻和/或频率最高点时刻；根据牛顿法求解式修正系统频率时域表达式，求解得到满足确定条件的最大频率偏差。
在一实施方式中，假定电网处于N-1故障中，具体可以包括但不限于有大容量负荷掉线、直流闭锁或发电机跳机中的至少一项。为便于说明，以直流闭锁故障为例，假设直流闭锁故障的闭锁功率为Pdb，根据电网类型和基准容量设定系统负荷变化量，对于基准容量SB的计算请参考前文的式(1)描述的公式。具体而言，若该系统为送端电网则对应的系统负荷变化量为：ΔPL＝-Pdb/SB；若该系统为受端电网则对应的系统负荷变化量为：ΔPL＝+Pdb/SB。此时，对频率响应的状态空间表达式进行时域积分，得到的系统频率时域表达式为：
上式中：是单位矩阵，Δx0是t＝0s时状态变量的初值，一般取Δx0＝0。
通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，也即可以是基于频率时域表达式利用牛顿法求解频率响应的最低点/最高点，以频率响应关于时间的二次导与0的大小比较作为最低点/最高点的确定条件。具体而言，系统频率时域表达式的最低点/最高点，应当满足：
式(8)中：tn为频率最低点/最高点对应的时刻，即频率最低点/最高点为Δf(tn)。为保证得到的频率最低点/最高点是准确的，需要根据电网类型进行确定：当电网类型为送端电网时，应该满足当电网类型为受端电网时，应满足/>这样牛顿法求解式的修正系统频率时域表达式为：
基于等值发电机转速方程计算扰动初始时刻0s的频率变化率；基于频率的时域表达式求解频率变化率测量窗口时刻ts的频率偏差，计算0s至ts的频率平均变化率。具体而言，则可以是根据式(3)所示的等值发电机转速方程，扰动初始时刻0s的频率变化率为：
近似的，利用式(7)可以求解初始时刻ts的频率偏差Δf(ts)，从而0s至ts的频率平均变化率为：
步骤S130：获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量。
在一实施方式中，步骤S130：获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集，包括：当最大频率偏差与预设的紧急频率控制点的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第一等值惯性时间常数；当频率变化率与预设的最大频率变化率设定值的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第二等值惯性时间常数；当频率平均变化率预设的频率变化率最大值的相对误差满足预设条件时，记此时第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第三等值惯性时间常数；汇总第一等值惯性时间常数、第二等值惯性时间常数和第三等值惯性时间常数计为等值惯性时间常数集。
在一实施方式中，步骤S130：根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量，包括：选定等值惯性时间常数集中的数值最大的等值惯性时间常数数值作为最小惯量评估值；获取第一装机信息中的第一装机量，第二装机信息中的第二装机量；根据第一装机量和第二装机量确定电网的基准容量；根据最小惯量评估值和基准容量确定电网的最小惯量。
在一实施方式中，调整等值发电机转速方程中的等值惯性时间常数TJ,sys的大小，当到达步骤S120中求解的频率最低点/最高点的频率偏差Δf(tn)与切机/切负荷的紧急频率控制点Δfe的相对误差小于满足预设条件，例如小于1×10-3Hz时，将此时的等值惯性时间常数值记作第一等值惯性时间常数TJ1。当频率变化率RoCoF0的值与最大频率变化率设定值(例如允许的最大频率变化率设定值KRoCoF的相对误差满足预设条件，例如相对误差小于1×10-3Hz/s时，此时的等值惯性时间常数值记作第二等值惯性时间常数TJ2。以及，当频率变化率最大值的相对误差满足预设条件，具体而言可以为：频率平均变化率RoCoF1的值与KRoCoF的相对误差小于1×10-3Hz/s时，此时的等值惯性时间常数值记作第三等值惯性时间常数TJ3。汇总第一等值惯性时间常数、第二等值惯性时间常数和第三等值惯性时间常数计为等值惯性时间常数集。
对比等值惯性时间常数集中TJ1、TJ2和TJ3的大小，取其中最大值TJ为系统在线同步发电机的最小惯量评估结果，此时整个同步系统所需的同步发电机最小惯量(旋转动能)为：
上式中：TJ,si为第i台同步发电机以额定容量Ssi为基准的惯性时间常数。因此，通过式(12)计算所得的最小惯量可以用于指导电网中同步发电机的机组组合。
本申请提供的方法：第一，考虑的发电机调速器、原动机模型为实际电网系统采用的模型，使得最小惯量的求解精度得到了很大的提升。第二，采用多台机组模块化建模方法，在提高研究模型的准确性，可以保留系统矩阵的稀疏性，快速地通过状态空间方法求解所考虑的频率关键参数。第三，在分析系统所需最小惯量时，所考虑的频率关键参数包含频率的平均变化率和最大频差的约束，研究的场景是极端的直流闭锁等大扰动场景，从而得到的最小惯量评估值在系统的大部分运行场景都能保证频率的安全稳定。
为了验证本申请提出的电力系统最小同步惯量评估方法的准确性和有效性，现例举一实例说明，该实例在加入新能源机组的直流外送四机两区域系统上验证了该方法的准确性。四机两区域系统的示意图如图2所示，四台同步发电机均采用水轮机组，其原动机、调速器的控制系统框图如图3所示。设置四台同步发电机的基准容量SB＝900MVA，频率变化率测量窗口时刻ts＝0.5s，允许的最大频率变化率KRoCoF＝0.5Hz/s，切机/切负荷的紧急频率控制点Δfe＝1Hz。表1为基于250MW直流闭锁功率(即ΔPL＝-250/SB)模拟的不同等值惯性时间常数TJ,sys下，系统的初始频率变化率、初始频率平均变化率以及最大频率偏差，表中还给出了利用二分法求解得到的最大频率偏差、初始时刻频率变化率和频率平均变化率分别到达对应临界值的等值惯性时间常数下的系统频率响应指标。
表1不同等值惯性时间常数下系统频率响应指标
由表1的数值计算结果可知，在图2和图3所示的系统当中，对于直流外送通道闭锁250MW的负荷扰动，该系统应的TJ1、TJ2和TJ3分别为40.60s、27.76s和28.18s，其中最大值40.60s即为系统在线同步发电机的最小惯量评估结果，此时整个同步系统所需的同步发电机最小惯量(旋转动能)为40.60×900÷2＝18270MW·s。
搭建图2所示四机两区域系统的仿真模型，四台同步发电机均为水电机组，采用的原动机调速系统如图3所示。保持系统其余参数不变的条件下，进行不同TJ,sys下时域仿真，得到的频率响应曲线如图4所示。从图4可以看出随着等值的惯性时间常数增加，即随着系统的同步惯量增加，系统发生相同的直流闭锁N-1故障下，频率的变化率逐步减小，最大频率偏差也会随之减小。此外，对于高比例水电机组，由于水轮机在扰动初始时刻具有水锤效应而会出现初期的反向调节现象，这会导致扰动初始时刻的频率变化率要低于初始测量窗口的频率平均变化率，这在表1中得到了验证。在图4中，当TJ,sys＝27.76s时，系统扰动初始的频率变化率为0.5Hz/s；当TJ,sys＝28.18s时，系统扰动初始的频率平均变化率为0.5Hz/s；当TJ,sys＝40.60s时，系统的最大频率偏差为1Hz。因此，表1所示数值计算得到的系统频率响应指标是准确的，从而本申请所提供的最小同步惯量评估方法是避免电力系统频率动态超越极限所需的最小同步惯量评估的有效且准确的方法。
因此，本申请提出的方法是基于系统频率响应模型进行频率关键参数求解的，该第二状态空间模型的建立反应电网内同步发电机组和新能源发电机组的各项物理参数和实际系统采用的模型，使得最小惯量的求解精度得到了很大的提升。在分析最小惯量时，所考虑的频率关键参数包含最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率的约束，从而得到的最小惯量评估值在电网系统的大部分运行场景都能保证频率的安全稳定。
图5为一实施例提供的一种最小同步惯量评估装置的结构示意框图。最小同步惯量评估装置，包括：获取模块A510、处理模块A520和评估模块A530。获取模块A510，用于获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据第一装机信息建立第一状态空间模型，根据第二装机信息建立等值发电机转速方程，将等值发电机转速方程代入第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，第一状态空间模型用于表征同步发电机组的一次调频状态，第二状态空间模型用于表征电网的系统频率响应状态。处理模块A520，用于假定电网处于预设故障状态，对第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生预设故障状态的初始时刻；基于等值发电机转速方程，计算初始时刻时第二状态空间模型输出的频率变化率；计算系统频率时域表达式从初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率。评估模块A530，用于获取电网达到最大频率偏差、频率变化率和频率平均变化率时，第二状态空间模型中等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据等值惯性时间常数集确定电网的最小惯量。
图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端，也可以是服务器。如图6所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现最小同步惯量评估方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行最小同步惯量评估方法。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如前述方法的步骤，
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种最小同步惯量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据所述第一装机信息建立第一状态空间模型，根据所述第二装机信息建立等值发电机转速方程，将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，所述第一状态空间模型用于表征所述同步发电机组的一次调频状态，所述第二状态空间模型用于表征所述电网的系统频率响应状态；
假定所述电网处于预设故障状态，对所述第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解所述系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生所述预设故障状态的初始时刻；基于所述等值发电机转速方程，计算所述初始时刻时所述第二状态空间模型输出的频率变化率；计算所述系统频率时域表达式从所述初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率；
获取所述电网达到所述最大频率偏差、所述频率变化率和所述频率平均变化率时，所述第二状态空间模型中所述等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据所述等值惯性时间常数集确定所述电网的最小惯量。
2.如权利要求1所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述根据所述第一装机信息建立第一状态空间模型，根据所述第二装机信息建立等值发电机转速方程，将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：
获取所述第一装机信息中的同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、系数矩阵、输入的系统频率偏差量、同步发电机原动机的输出功率、输入向量和输出向量，根据所述同步发电机一次调频开环控制系统的状态变量和代数变量组成的向量集合、所述系数矩阵、所述输入的系统频率偏差量、所述同步发电机原动机的输出功率、所述输入向量和所述输出向量构建所述第一状态空间模型；
获取所述第二装机信息中的等值惯性时间常数、等值发电机阻尼系数、新能源发电机组的发电功率变化量和等值系统负荷变化量，根据所述等值惯性时间常数、所述等值发电机阻尼系数、所述新能源发电机组的发电功率变化量和所述等值系统负荷变化量构建所述等值发电机转速方程；
将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型以得到第二状态空间模型。
3.如权利要求2所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，包括：
将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型得到的模型标记为初始第二状态空间模型；
设定所述新能源发电机组的发电功率变化量为定值，并将所述初始第二状态空间模型利用线性变换后得到线性第二状态空间模型；
消去所述线性第二状态空间模型中的代数变量以得到所述第二状态空间模型。
4.如权利要求1所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述预设故障状态包括大容量负荷掉线、直流闭锁或发电机跳机中的至少一项；
所述对所述第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式，包括：
获取所述第一装机信息中的第一装机量，所述第二装机信息中的第二装机量；根据所述第一装机量和所述第二装机量确定所述电网的基准容量；
确定所述电网的电网类型，所述电网类型包括送端电网或受端电网；根据所述电网类型和所述基准容量设定系统负荷变化量，所述系统负荷变化量为所述第二状态空间模型中所述等值发电机转速方程中的一个系数；
将设定后的所述第二状态空间模型进行时域积分以得到所述系统频率时域表达式。
5.如权利要求4所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述通过预设算法求解所述系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差，包括：
通过所述电网类型设定所述极值的确定条件，所述极值包括频率最低点时刻和/或频率最高点时刻；
根据牛顿法求解式修正所述系统频率时域表达式，求解得到满足所述确定条件的所述最大频率偏差。
6.如权利要求1所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述获取所述电网达到所述最大频率偏差、所述频率变化率和所述频率平均变化率时，所述第二状态空间模型中所述等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集，包括：
当所述最大频率偏差与预设的紧急频率控制点的相对误差满足预设条件时，记此时所述第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第一等值惯性时间常数；
当所述频率变化率与预设的最大频率变化率设定值的相对误差满足预设条件时，记此时所述第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第二等值惯性时间常数；
当频率平均变化率预设的频率变化率最大值的相对误差满足预设条件时，记此时所述第二状态空间模型中的等值惯性时间常数数值为第三等值惯性时间常数；
汇总所述第一等值惯性时间常数、所述第二等值惯性时间常数和所述第三等值惯性时间常数计为所述等值惯性时间常数集。
7.如权利要求1所述的最小同步惯量评估方法，其特征在于，所述根据所述等值惯性时间常数集确定所述电网的最小惯量，包括：
选定所述等值惯性时间常数集中的数值最大的所述等值惯性时间常数数值作为最小惯量评估值；
获取所述第一装机信息中的第一装机量，所述第二装机信息中的第二装机量；根据所述第一装机量和所述第二装机量确定所述电网的基准容量；
根据所述最小惯量评估值和所述基准容量确定所述电网的最小惯量。
8.一种最小同步惯量评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电网内同步发电机组的第一装机信息和新能源发电机组的第二装机信息；根据所述第一装机信息建立第一状态空间模型，根据所述第二装机信息建立等值发电机转速方程，将所述等值发电机转速方程代入所述第一状态空间模型以得到第二状态空间模型，所述第一状态空间模型用于表征所述同步发电机组的一次调频状态，所述第二状态空间模型用于表征所述电网的系统频率响应状态；
处理模块，用于假定所述电网处于预设故障状态，对所述第二状态空间模型进行时域积分以得到系统频率时域表达式；通过预设算法求解所述系统频率时域表达式的极值，以得到最大频率偏差；确定发生所述预设故障状态的初始时刻；基于所述等值发电机转速方程，计算所述初始时刻时所述第二状态空间模型输出的频率变化率；计算所述系统频率时域表达式从所述初始时刻产生的频率偏差，输出计为频率平均变化率；
评估模块，用于获取所述电网达到所述最大频率偏差、所述频率变化率和所述频率平均变化率时，所述第二状态空间模型中所述等值发电机的转速方程中的等值惯性时间常数数值，计为等值惯性时间常数集；根据所述等值惯性时间常数集确定所述电网的最小惯量。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1到7中任一项所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1到7中任一项所述方法。
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