高比例非同步机电源接入系统一次调频特性分析方法与流程

本发明属于电力系统输配电，涉及一种高比例非同步机电源接入系统一次调频特性分析方法。

背景技术：

1、目前，电力系统正处于向高比例可再生能源和高比例电力电子化(即“双高”)转型的关键阶段。非同步机电源的接入将打破传统同步发电机的主导地位，深刻影响电力系统的动态特性。跟网型换流器(grid-following converter)通过锁相环(phase lockedloop,pll)保持与电网电源的同步，具有响应速度快的优点，在在大规模新能源并网中具有广泛的应用前景。模块化多电平换流器(modular multilevel converter based highvoltage direct current，mmc)为跟网型换流器的一种重要实现方式。

2、然而，跟网型mmc不具备频率响应特性，无法参与系统的频率调节或提供频率支撑，其大容量接入电网、逐步取代传统同步发电机的过程将弱化电力系统的稳态频率支撑能力。传统电力系统稳态频率支撑能力主要指系统通过一次调频抵御有功功率扰动、维持频率稳定的能力。以负荷突然增大为例，在短暂的迟滞时间后，同步发电机调速器作用于进汽阀(或进水阀)，增发功率使频率回升，由于一次调频为有差控制，此时系统频率比初始值小，存在稳态频率偏差。

3、为了应对这一问题，国内外学者提出了构网型换流器(grid-forming converter)控制策略，构网型换流器通常采用“虚拟同步机”实现(zhong q c,weissg.synchronverters:inverters that mimic synchronous generators[j].ieeetransactions on industrial electronics,2011,58(4):1259-1267.)，旨在利用换流器灵活可控的特性，通过控制使得换流器具有类似于同步发电机的外特性，从而参与系统频率调节。

4、然而，到目前为止，已公开的绝大多数文献基本只研究换流器各种控制策略对频率稳定性的影响，很少有研究高比例非同步机电源接入系统的频率稳定评估指标。对于跟网型mmc与构网型mmc均有可能接入的高比例非同步机电源接入系统，很有必要对一次调频特性评估指标进行研究，通过提出科学、准确的评估指标，有效衡量高比例新能源接入系统的一次调频特性，为新能源大容量开发、并网提供频率稳定性方面的理论指导。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种适用于高比例非同步机电源接入系统一次调频特性分析方法，其通过计算系统稳态频率偏差因子指标，以有效评估系统稳态频率支撑能力与一次调频特性。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：高比例非同步机电源接入系统一次调频特性分析方法，其包括以下步骤：

3、1)基于同步发电机电源出力与非同步机电源出力，建立高比例非同步机电源接入系统一次调频模型；

4、2)基于电力系统中各非同步机电源的容量与控制策略，计算电力系统中同步机发电电源占比与非同步机电源中构网型换流器占比；基于电力系统中各同步发电机电源的容量与调差系数，计算所有同步发电机的等效调差系数；

5、3)修正传统电力系统稳态频率偏差因子定义，推导适用于衡量高比例非同步机电源接入系统一次调频特性的评估指标；

6、4)基于评估指标分析非同步机电源占比和非同步机电源中构网型换流器占比对高比例非同步机电源接入系统一次调频特性的影响。

7、进一步地，高比例非同步机电源接入系统一次调频模型主要由系统发电机总出力psys与系统总负荷pl相对关系决定，当psys>pl，系统频率升高；当psys<pl，系统频率降低。

8、进一步地，系统发电机总出力psys由等值同步发电机组总出力pcon和非同步机机组总出力pnew构成，系统发电机总装机容量ssys由等值同步发电机组总容量scon和非同步机机组总容量snew构成：

9、psys＝pcon+pnew，

10、ssys＝scon+snew，

11、假设电网含传统发电机n台，则等值同步发电机的总出力与总容量分别为各同步发电机组实际有功功率pcon,i之和与容量scon,i之和，即：

12、

13、

14、更进一步地，高比例非同步机电源接入系统中非同步机电源占比α按如下表达式计算：

15、

16、其中，kpcon为所有同步发电机总出力与总装机容量的比率：

17、

18、进一步地，由于不同类型机组运行技术与运行条件的要求不同，实际运行的kpcon数值在一定范围内波动，所述的kpcon取值优选为0.85。

19、进一步地，非同步机电源采用构网型换流器控制或跟网型换流器控制，构网型换流器对电网具有频率支撑作用；非同步机电源总出力pnew由构网型换流器出力pform和跟网型换流器出力pfoll构成，非同步机电源总容量snew由构网型换流器容量sform和跟网型换流器容量sfoll构成：

20、pnew＝pform+pfoll，

21、snew＝sform+sfoll，

22、系统非同步机电源中构网型换流器占比γ按如下表达式计算：

23、

24、进一步地，对于电力系统中n台同步发电机，所有同步发电机的等效调差系数req按如下表达式计算：

25、

26、其中，pcon,i与pn,i分别是各发电机的实际有功功率与额定有功功率，rcon,i为各发电机的等效调差系数。

27、更进一步地，对于高比例非同步机电源接入系统，基于传统频率偏差因子定义，修正后的频率偏差因子βx表示为：

28、

29、其中，α电力系统中非同步机电源占比，req为所有同步发电机的等效调差系数，γ为非同步机电源中构网型换流器占比，dpform为构网型换流器等效阻尼系数，dl为负荷频率调节系数。

30、再进一步地，βx作为评估指标，衡量高比例非同步机电源接入系统一次调频特性；根据βx，系统稳态频率偏差△f与负荷扰动△pl的关系按如下表达式计算：

31、

32、其中，fn为电力系统稳态频率，pl为系统总负荷。

33、根据评估指标βx，对高比例非同步机电源接入系统一次调频特性作如下分析：

34、1)当非同步机电源中构网型换流器占比γ不变时，随着非同步机电源占比α逐渐增加，稳态频率偏差因子βx不断减小，说明非同步机电源占比增加会导致电力系统稳态频率支撑能力减弱；

35、2)当非同步机电源占比α不变时，随着非同步机电源中构网型换流器占比γ逐渐增加，稳态频率偏差因子不断增大，说明增加非同步机电源中构网型换流器占比，能够有效增强高比例非同步机电力系统的稳态频率支撑能力，提高系统的频率稳定性。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

37、1.本发明提出了一种高比例非同步机电源接入系统一次调频特性分析方法，通过计算系统稳态频率偏差因子指标，可以有效评估系统稳态频率支撑能力与一次调频特性。

38、2.本发明所推导的系统稳态频率偏差因子指标可以用来分析系统一次调频特性的主要影响因素，为新能源大容量开发、并网提供了频率稳定性方面的理论指导。