一種含風電有功?頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法技術方案

一種含風電有功?頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法，首先根據單臺風電機組等效虛擬慣性時間常數H

A calculation method for wind power active coupling frequency frequency characteristic of power system

A calculation method for wind power active coupling frequency frequency characteristic of power system, according to the single wind turbine virtual equivalent inertia time constant H

【技術實現步驟摘要】
一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法
本專利技術涉及含風電的電力系統頻率特性分析與計算
，尤其是涉及一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法。
技術介紹
在傳統的電網頻率特性研究中，通過建立包含水電機組、火電機組的原動機-調速器模型，同時考慮常規機組的慣性響應作用和負荷調節效應來建立頻率響應評估模型，通過設置預想頻率事故來計算、分析電網頻率響應特性，但并未考慮風電對系統頻率響應的貢獻，在當前含風電的電力系統中，該模型將不再適應。隨著風電滲透率持續增加，為保障電網頻率安全穩定，風電虛擬慣性控制技術和一次調頻輔助控制技術成為研究熱點，并在學術界、風機制造廠商和電網實際運行中逐步推廣應用。與同步發電機組一樣，需要通過建立風電場的有功-頻率響應模型來定量表征風電虛擬慣性響應作用和一次調頻響應作用，并納入到傳統頻率響應評估模型中進行更新，才能真實、客觀地反映含風電有功-頻率響應作用的電網頻率特性。因此，含風電有功-頻率耦合作用(包括了虛擬慣性控制技術和一次調頻輔助控制技術)的電力系統頻率特性分析與計算問題成為電網發展新形勢下的新研究問題。
技術實現思路
以大規模風電接入電力系統為對象，考慮風電虛擬慣性響應和一次調頻響應共同作用時，本專利技術提供了一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法，可以客觀真實地評估功率缺額下含風電電力系統的頻率響應特性，尤其對于風電滲透率越高的系統具有重要意義。本專利技術采取的技術方案為：一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法，包括以下步驟：步驟1：計算求解風電場聚合慣性時間常數HeqWF；首先需求計算單臺風機等效虛擬慣性時間常數Hequ為，由專利技術專利(專利號：2015102015896)可知：上式中Jequ，ωs0，△ωs分別為風機虛擬轉動慣量，系統初始同步角速度和系統同步角速度增量，ωnom為風機額定角速度，P，SN，JDFIG，ωr0，△ωr分別為風機機械功率，額定容量，固有轉動慣量，初始轉子角速度和轉子角速度增量，HDFIG為風機固有慣性時間常數。根據加權動態等值參數聚合方法，風電場聚合慣性時間常數HeqWF等于風電場儲存總動能與總容量比值為：根據上式，可得系統中含虛擬慣性控制的第i個風電場等效慣性時間常數為：上式中，s為拉普拉斯頻域算子，為第i個風電場內風機的平均轉速，ωroj為第j臺風機的初始轉子角速度，ωnomi為第i個風電場中風機額定角速度，Kdfi為轉速控制增益系數，HDFIGi為第i個風電場內風機固有慣性時間常數，ωroi為第i個風電場內風機的初始轉子角速度，KpTi，KiTi分別為速度控制器比例系數和積分系數，Tfi為濾波時間常數。步驟2：根據HeqWF，計算不同風電滲透率下的系統等效慣性時間常數H∑為：上式中，αpi為第i個風電場的風電滲透率，HeqWFi，SeqWFi，SWFi，HCONi，SCONi分別為含虛擬慣性控制的風電場等效慣性時間常數、額定容量，不含虛擬慣性控制的風電場慣性時間常數，常規電廠慣性時間常數額定容量、額定容量，H0為不考慮風電虛擬慣性響應時系統等效慣性時間常數，ΔH為考慮風電虛擬慣性響應時系統等效慣性時間常數增量。風電虛擬慣性響應時系統等效慣性時間常數增量ΔH(s)為：上式中，ΔHi(s)為含虛擬慣性響應的第i個風電場產生的系統等效慣量增量，公式中其余物理量如前述所示。步驟3：計算求解風電場一次調頻響應等值聚合模型的傳遞函數h1mWF(s)：基于轉速控制的一次調頻輔助控制策略，從專利技術專利(CN106227949A)可知，單臺風電機組一次調頻響應模型的傳遞函數h1mwt(s)為：上式中n0，m0，m1，m2，m3為傳遞函數系數。根據加權動態等值參數聚合方法，風電場一次調頻響應等值聚合模型的傳遞函數h1mWF(s)為：上式中，n0G，m0G，m1G，m2G，m3G為傳遞函數h1mWF(s)的各階等值系數。步驟4：根據單臺汽輪機-調速器模型傳遞函數hmT(s)和水輪機-調速器的傳遞函數hmH(s)，采用加權動態等值參數聚合方法，分別計算得到它們的等值聚合模型hmTΣ(s)和hmHΣ(s)為：上式中，RTG，RHG，TRHG，FHPG，TwG分別為汽輪機調差系數，水輪機調差系數，再熱器時間常數，高壓渦輪級功率占比，水錘效應系數的等值聚合參數。步驟5：根據建立圖2改進型SFR頻率響應模型，當采用轉速一次調頻輔助控制策略時，根據步驟1和步驟2，可計算前向開環傳遞函數G(s)：上式中，D為負荷阻尼系數，公式中其余物理量如前述所示。根據步驟3和步驟4，即可計算反饋傳遞函數h1(s)為：對應的閉環傳遞函數為：上式中，b1m，b1m-1，，，b10，a1n，a1n-1，，，a10分別為閉環傳遞函數各次項系數。步驟6：以負荷功率缺額ΔPL(s)為模型輸入，系統頻率偏差Δωs(s)為模型輸出，對頻率響應模型進行化簡，利用部分分式展開法求解系統頻率偏差的時域解Δωs(t)為：上式中，r為部分分式展開的余數數組，p為部分分式展開的極點數組，k為常數項；n1是實數根個數，n2是共軛復數根的對數，ζl是共軛復數根反映的二階系統阻尼系數，ωnl是共軛復數根反映的二階系統振蕩角頻率，A0是Δωs(s)在s＝0處的留數，Aj是Δωs(s)在實數極點s＝-pj處的留數，Bl和Cl分別為Δωs(s)在共軛復數極點處s＝-(Bl±jCl)留數的實部和虛部，，由此可得到頻率偏差的時域解為：上式中，公式中其余物理量如前述所示。本專利技術一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特性計算方法，優點在于：對含大規模風電接入的電力系統，提出采用風電場等效慣性時間常數表征虛擬慣性響應作用，建立風電場一次調頻輔助控制系統傳遞函數模型來描述一次調頻響應作用，并將二者納入、融合到傳統頻率響應評估模型中，從而可以客觀真實地評估功率缺額下含風電電力系統的頻率響應特性，這尤其對于風電滲透率越高的系統具有重要意義。附圖說明圖1為本專利技術實施例的流程圖。圖2為本專利技術實施例的改進型SFR頻率響應模型。圖3為本專利技術實施例的采用風電轉速控制一次調頻響應傳遞函數框圖。圖4為本專利技術實施例的仿真系統圖。圖5為突增負荷時風電滲透率為10％下系統頻率響應曲線圖。圖6為突增負荷時風電滲透率為15％下系統頻率響應曲線圖。圖7為突增負荷時風電滲透率為20％下系統頻率響應曲線圖。圖8為突增負荷時風電滲透率為25％下系統頻率響應曲線圖。圖9為突增負荷時風電滲透率為30％下系統頻率響應曲線圖。圖10為突減負荷時風電滲透率為10％下系統頻率響應曲線圖。圖11為突減負荷時風電滲透率為15％下系統頻率響應曲線圖。圖12為突減負荷時風電滲透率為20％下系統頻率響應曲線圖。圖13為突減負荷時風電滲透率為25％下系統頻率響應曲線圖。圖14為突減負荷時風電滲透率為30％下系統頻率響應曲線圖。具體實施方式為了便于本領域普通技術人員理解和實施本專利技術，下面結合附圖及實施例對本專利技術作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術中基于轉速控制的風電一次調頻響應傳遞函數框圖3所示，各部分控制模型均由該圖給出。一種含風電有功-頻率耦合作用的電力系統頻率特本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含風電有功?頻率耦合的電力系統頻率特性計算方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：根據單臺風電機組等效虛擬慣性時間常數H

【技術特征摘要】
1.一種含風電有功-頻率耦合的電力系統頻率特性計算方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：根據單臺風電機組等效虛擬慣性時間常數Hequ，采用加權動態等值參數聚合方法，計算求解風電場聚合慣性時間常數HeqWF；步驟2：根據HeqWF，計算不同風電滲透率下的系統等效慣性時間常數H∑；步驟3：基于轉速控制的一次調頻輔助控制策略，根據單臺風電機組一次調頻響應模型的傳遞函數h1mwt(s)，采用加權動態等值參數聚合方法，計算求解風電場一次調頻響應等值聚合模型的傳遞函數h1mWF(s)；步驟4：根據單臺汽輪機-調速器模型傳遞函數hmT(s)和水輪機-調速器的傳遞函數hmH(s)，采用加權動態等值參數聚合方法，計算求解多臺機組的等值聚合模型傳遞函數hmTΣ(s)和hmHΣ(s)；步驟5：在前述步驟基礎上，并計及負荷阻尼效應，建立含H∑、hmWF(s)，以及汽輪機-調速器聚合模型hmTΣ(s)，水輪機-調速器聚合模型hmHΣ(s)的電力系統改進SFR模型；步驟6：以負荷功率缺額ΔPL(s)為模型輸入，系統頻率偏差Δωs(s)為模型輸出，對頻率響應模型進行化簡，利用部分分式展開法求解系統頻率偏差的時域解Δωs(t)。2.根據權利要求1所述一種含風電有功-頻率耦合的電力系統頻率特性計算方法，其特征在于：所述步驟1中的計算風電場聚合慣性時間常數HeqWF：(1)、單臺風電機組等效虛擬慣性時間常數Hequ為：上式中，Jequ，ωs0，△ωs分別為風機虛擬轉動慣量，系統初始同步角速度和系統同步角速度增量，ωnom為風機額定角速度，P，SN，JDFIG，ωr0，△ωr分別為風機機械功率，額定容量，固有轉動慣量，初始轉子角速度和轉子角速度增量，HDFIG為固有慣性時間常數；(2)、引入基于加權的動態等值參數聚合方法，等值機組的參數KG為：上式中，下標j，G分別為機群中第j臺機組和等值機，Sj為第j臺機組的額定容量；(3)、根據加權動態等值參數聚合方法，計算風電場聚合慣性時間常數HeqWF為；上式中Ek為儲存動能，SDFIG風機固有額定容量，公式中其余物理量如前述所示；由上式(1)、(3)可得系統中含虛擬慣性控制的第i個風電場等效慣性時間常數為：上式中s為拉普拉斯頻域算子，為第i個風電場內風機的平均轉速，ωroj為第j臺風機的初始轉子角速度，ωnomi為第i個風電場中風機額定角速度，Kdfi為轉速控制增益系數，HDFIGi為第i個風電場內風機固有慣性時間常數，ωroi為第i個風電場內風機的初始轉子角速度，KpTi，KiTi分別為速度控制器比例系數和積分系數，Tfi為濾波時間常數。3.根據權利要求1中所述一種含風電有功-頻率耦合的電力系統頻率特性計算方法，其特征在于：所述步驟2中不同風電滲透率下的系統等效慣性時間常數H∑為：上式中HeqWFi，SeqWFi，SWFi，HCONi，SCONi分別為含虛擬慣性控制的風電場等效慣性時間常數、額定容量，不含虛擬慣性控制的風電場慣性時間常數，常規電廠慣性時間常數額定容量、額定容...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李世春，雷小林，唐紅艷，鄧長虹，鄭峰，李振興，鐘浩，付文龍，劉文麗，趙辛欣，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42