一种电网调频极限分析方法及系统

1.本发明涉及电网分析技术领域，尤其涉及一种电网调频极限分析方法及系统。


背景技术：

2.近年来，以风电为代表的新能源装机迅速提高，但是风电出力随机性导致电源侧功率波动加剧，在仅靠传统机组调频的情况下，当等效负荷波动超过调频极限时，传统机组的调频能力将不足以平衡等效负荷波动量，会产生调频功率缺额，导致频率偏差超过电网允许范围，严重威胁电网频率安全。
3.因此，为加强风电可调度性和电网频率安全性，需要提出一种新的针对电网调频极限进行分析的方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电网调频极限分析方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。
5.第一方面，本发明提供一种电网调频极限分析方法，包括：
6.基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差；
7.基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；
8.通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
9.在一个实施例中，所述基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差，具体包括：
[0010][0011]
其中，δf(s)为电网频率偏差，δp
equl
(s)为等效负荷波动，δp
g
(s)为机组调频出力，m为电网惯性时间常数，d为负荷阻尼系数，s为拉普拉斯算子。
[0012]
在一个实施例中，所述基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数，具体包括：
[0013]
分别获取所述区域电网调频模型中的一次调频出力δp1(s)、二次调频出力δp2(s)、机组调频出力δp
g
(s)和机组传递函数g
g
(s)的表达式集合：
[0014][0015]
其中，δp
l
(s)为负荷波动，δp
g
(s)为机组调频出力，δp1(s)为一次调频出力，δp2(s)为二次调频出力，δp
w
(s)为风电波动，δf(s)为电网频率偏差，k
g
为机组单位调节功率，t
g
为火电机组调速器时间常数，f
hp
为汽轮机再热器增益；t
rh
为再热器时间常数；t
ch
为汽
轮机时间常数，g
g
(s)为机组传递函数，β0为电力系统偏差系数，k
p
、k
i
为控制器比例积分参数，s为拉普拉斯算子；
[0016]
将所述表达式集合代入所述电网频率偏差，得到所述区域电网传递函数h(s)：
[0017][0018]
其中，k
d
为传统机组调频死区对频率的影响系数。
[0019]
在一个实施例中，由所述电网频率偏差和所述区域电网传递函数得到所述等效负荷波动：
[0020][0021]
其中，δp
equl
(s)为等效负荷波动，δf(s)为电网频率偏差，h(s)为区域电网传递函数。
[0022]
在一个实施例中，设置电网允许的频率波动范围[
‑
δf1(s),δf1(s)]，将所述频率波动范围代入所述等效负荷波动，得到电网可承受等效负荷波动
[0023][0024]
其中，为电网可承受等效负荷波动，|h(s)|
max
为区域电网传递函数最大值。
[0025]
在一个实施例中，所述通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限，具体包括：
[0026]
将所述频率波动范围[
‑
δf1(s),δf1(s)]设为频率波动最大范围[
‑
δf(s)
max
,δf(s)
max
]时，得到最大可承受等效负荷波动
[0027][0028]
其中，为最大可承受等效负荷波动标幺值。
[0029]
在一个实施例中，所述通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限，还包括：
[0030]
将所述最大可承受等效负荷波动标幺值换算为有名值：
[0031][0032]
其中，p
base
为基准功率；为调频极限上限，等于最大可承受等效负荷波动上限；为调频极限下限，等于最大可承受等效负荷波动下限。
[0033]
第二方面，本发明还提供一种电网调频极限分析系统，包括：
[0034]
第一处理模块，用于基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区
域电网调频模型得到电网频率偏差；
[0035]
第二处理模块，用于基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；
[0036]
第三处理模块，用于通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0037]
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述电网调频极限分析方法的步骤。
[0038]
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电网调频极限分析方法的步骤。
[0039]
本发明提供的电网调频极限分析方法及系统，通过采用区域电网调频模型计算调频极限，减少风电等新能源出力间歇性和随机性对区域电网频率的影响，有效量化区域电网的调频能力。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
[0041]
图1是本发明提供的电网调频极限分析方法的流程示意图；
[0042]
图2是本发明提供的区域电网调频模型图；
[0043]
图3是本发明提供的幅频特性曲线图；
[0044]
图4是本发明提供的75mw等效负荷波动下的频率波动曲线图；
[0045]
图5是本发明提供的电网调频极限分析系统的结构示意图；
[0046]
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0048]
针对现有技术的不足，本发明以日前调度为研究背景，利用区域电网调频模型计算调频极限，采用matlab进行算例仿真，分析所提方法和模型的有效性。
[0049]
图1是本发明提供的电网调频极限分析方法的流程示意图，如图1所示，包括：
[0050]
s1，基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差；
[0051]
s2，基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；
[0052]
s3，通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0053]
具体地，本发明针对现有技术中的不足，提供一种可计算区域电网最大可承受等效负荷波动的电网调频极限分析方法。
[0054]
为了减少风电等新能源出力间歇性和随机性对区域电网频率的影响，需要量化区域电网的调频能力。首先依据区域电网调频模型写出区域电网的传递函数，再通过绘制传递函数幅频特性来计算电网的最大可承受负荷扰动，即为电网调频极限。
[0055]
本发明通过采用区域电网调频模型计算调频极限，减少风电等新能源出力间歇性和随机性对区域电网频率的影响，有效量化区域电网的调频能力。
[0056]
基于上述实施例，所述基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差，具体包括：
[0057][0058]
其中，δf(s)为电网频率偏差，δp
equl
(s)为等效负荷波动，δp
g
(s)为机组调频出力，m为电网惯性时间常数，d为负荷阻尼系数，s为拉普拉斯算子。
[0059]
基于上述任一实施例，所述基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数，具体包括：
[0060]
分别获取所述区域电网调频模型中的一次调频出力δp1(s)、二次调频出力δp2(s)、机组调频出力δp
g
(s)和机组传递函数g
g
(s)的表达式集合：
[0061][0062]
其中，δp
l
(s)为负荷波动，δp
g
(s)为机组调频出力，δp1(s)为一次调频出力，δp2(s)为二次调频出力，δp
w
(s)为风电波动，δf(s)为电网频率偏差，k
g
为机组单位调节功率，t
g
为火电机组调速器时间常数，f
hp
为汽轮机再热器增益；t
rh
为再热器时间常数；t
ch
为汽轮机时间常数，g
g
(s)为机组传递函数，β0为电力系统偏差系数，k
p
、k
i
为控制器比例积分参数，s为拉普拉斯算子，如图2所示的区域电网调频模型图；
[0063]
将所述表达式集合代入所述电网频率偏差，得到所述区域电网传递函数h(s)：
[0064][0065]
其中，k
d
为传统机组调频死区对频率的影响系数。
[0066]
基于上述任一实施例，由所述电网频率偏差和所述区域电网传递函数得到所述等效负荷波动：
[0067][0068]
其中，δp
equl
(s)为等效负荷波动，δf(s)为电网频率偏差，h(s)为区域电网传递函数。
[0069]
基于上述任一实施例，设置电网允许的频率波动范围[
‑
δf1(s),δf1(s)]，将所述频率波动范围代入所述等效负荷波动，得到电网可承受等效负荷波动
[0070][0071]
其中，为电网可承受等效负荷波动，|h(s)|
max
为区域电网传递函数最大值。
[0072]
基于上述任一实施例，所述通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限，具体包括：
[0073]
将所述频率波动范围[
‑
δf1(s),δf1(s)]设为频率波动最大范围[
‑
δf(s)
max
,δf(s)
max
]时，得到最大可承受等效负荷波动
[0074][0075]
其中，为最大可承受等效负荷波动标幺值(即调频极限)。
[0076]
基于上述任一实施例，所述通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限，还包括：
[0077]
将所述最大可承受等效负荷波动标幺值换算为有名值：
[0078][0079]
其中，p
base
为基准功率；为调频极限上限，等于最大可承受等效负荷波动上限；为调频极限下限，等于最大可承受等效负荷波动下限。
[0080]
基于上述任一实施例，为验证所提控制策略的有效性和经济性，采用如下算例系统：区域总装机容量为1000mw，其中风电装机100mw(占10％)，磷酸铁锂电池储能系统装机容量为30mw/120mwh。其中区域调频模型参数见表1。
[0081]
表1
[0082]
参数数值参数数值m5d1k
g
20t
g
0.08t
ch
0.3t
rh
10f
hp
0.5k
p
‑
0.822k
i
‑
0.16β021
[0083]
通过多次仿真，比较传递函数与实际模型的频率波动曲线，取kd＝1.15。由调频模型传递函数可画出区域电网幅频特性曲线如图3所示。设定电网允许的频率波动范围为[49.7hz，50.3hz]，即|δf(s)|
max
＝0.006。由图3可知传递函数的最大幅值|h(s)|
max
为0.16，计算可得区域电网调频极限标幺值为
±
0.075，有名值为
±
75mw。
[0084]
对区域电网受到75mw等效负荷扰动的情况进行仿真，频率波动如图4所示，频率在2.1s时下降至最低值49.71hz，与设定的频率波动允许范围[49.7hz，50.3hz]下限仅差0.01hz，若增大等效负荷波动，电网频率随时会跌出49.7hz。故可以用75mw作为该电网的调
频极限。
[0085]
本发明提出的一种电网调频极限分析方法，为了减少风电等新能源出力间歇性和随机性对区域电网频率的影响，需要量化区域电网的调频能力。首先依据区域电网调频模型写出区域电网的传递函数，再通过绘制传递函数幅频特性来计算电网的最大可承受负荷扰动，即为电网调频极限。
[0086]
下面对本发明提供的电网调频极限分析系统进行描述，下文描述的电网调频极限分析系统与上文描述的电网调频极限分析方法可相互对应参照。
[0087]
图5是本发明提供的电网调频极限分析系统的结构示意图，如图5所示，包括：第一处理模块51、第二处理模块52和第三处理模块53；其中：
[0088]
第一处理模块51用于基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差；第二处理模块52用于基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；第三处理模块53用于通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0089]
本发明通过采用区域电网调频模型计算调频极限，减少风电等新能源出力间歇性和随机性对区域电网频率的影响，有效量化区域电网的调频能力。
[0090]
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communications interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行电网调频极限分析方法，该方法包括：基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差；基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0091]
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0092]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的电网调频极限分析方法，该方法包括：基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到电网频率偏差；基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0093]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的电网调频极限分析方法，该方法包括：基于电网运行参数集合获取区域电网调频模型，基于所述区域电网调频模型得到
电网频率偏差；基于所述电网频率偏差得到区域电网传递函数；通过绘制所述区域电网传递函数的幅频特性计算得到电网调频极限。
[0094]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0095]
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各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0096]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。