含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法与流程

本发明属于储能应用，具体涉及一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法。

背景技术：

1、频率是交流系统中反映有功平衡关系的核心指标，频率安全问题的核心是系统中的有功功率调节构件。与传统电力系统不同，在含大规模储能的纯新能源系统中，电力电子型电源将代替同步发电机成为系统中主要的有功功率调节构件。然而，电力电子型电源一般单体容量较小，地域分布较广，且往往散布于不同的电压等级，呈现出分散碎片化的特点。如何有效利用大量分散碎片化的电力电子型电源的有功功率调节，为电网系统的频率安全提供支撑，是纯新能源系统中亟待解决的关键技术问题之一；鉴于此，有必要对含大规模储能的纯新能源系统频率控制技术进行深入研究，以提出相应的分析方法，从而辨识出不同情况下影响系统频率特性的关键因素，以达到针对性设计大规模储能支持纯新能源系统频率控制技术的目的。

技术实现思路

1、本发明公开了一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，该方法包括如下步骤：

2、一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法包括以下步骤：

3、步骤一：基于系统的有功与频率的特性，建立以有功为输入、以频率为输出的系统频率响应模型；

4、步骤二：在频率事件下，建立系统频率响应以及对应频率响应指标的模型，对其进行灵敏度分析以辨识其关键影响因素；

5、步骤三：在随机功率扰动下，建立系统频率响应以及系统频率统计分布方差的模型，对其进行灵敏度分析以辨识其关键影响因素。

6、进一步的，所述步骤一中系统频率响应模型的表达式为式9，

7、

8、式中：ω(s)表示系统coi频率的偏差，δp(s)表示系统各节点有功偏差之和，m表示系统的等效集总惯量，d表示系统的等效集总阻尼，τ，r-1表示新能源站的一次调频响应速度和响应强度，gs(s)表示储能电站的集总一次调频响应。

9、进一步的，所述步骤二包括建立频率事件下的电力系统频率响应时域模型、频率事件下的电力系统频率响应指标模型、频率事件下的电力系统频率特性关键影响因素；其中：

10、所述频率事件下的电力系统频率响应时域模型的表达式为式14：

11、

12、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，d为系统的等效集总阻尼，r-1表示新能源站的一次调频响应强度，-η±jωd欠阻尼下该二阶系统的极点。

13、所述频率事件下的电力系统频率响应指标包括：稳态频率偏差、频率变化率(rocof)、最大频率偏差；其中：

14、所述稳态频率偏差模型的表达式为式15：

15、

16、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，d为系统的等效集总阻尼，r-1表示新能源站的一次调频响应强度。

17、所述频率变化率的表达式为式31：

18、

19、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量。

20、所述最大频率偏差的表达式为式36：

21、

22、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量，d为系统的等效集总阻尼，τ和r-1分别为新能源站的一次调频响应速度和响应强度。

23、所述频率事件下的电力系统频率特性关键影响因素包括等效惯量灵敏度、等效阻尼灵敏度、调频响应强度灵敏度，从而进行分析；其中：

24、所述等效惯量灵敏度采用式37：

25、

26、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量，d为系统的等效集总阻尼，τ和r-1分别为新能源站的一次调频响应速度和响应强度，|ω|max为系统频率响应与额定频率的最大偏差。

27、所述等效阻尼灵敏度采用式38：

28、

29、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量，d为系统的等效集总阻尼，τ和r-1分别为新能源站的一次调频响应速度和响应强度，|ω|max为系统频率响应与额定频率的最大偏差。

30、所述调频响应强度灵敏度采用式39：

31、

32、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量，d为系统的等效集总阻尼，τ和r-1分别为新能源站的一次调频响应速度和响应强度。

33、所述调频响应速度灵敏度采用式40：

34、

35、式中：δp为系统电源或负荷发生的幅值阶跃变化，m为系统的等效集总惯量，d为系统的等效集总阻尼，τ和r-1分别为新能源站的一次调频响应速度和响应强度。

36、进一步的，所述步骤三包括随机扰动下的电力系统频率响应时域模型、随机扰动下的电力系统频率分布方差模型、随机扰动下的电力系统频率特性关键影响因素；其中：

37、所述随机扰动下的电力系统频率响应时域模型，采用式49：

38、

39、式中：ε为随机扰动的强度，m为系统的等效集总惯量，b(s)为标准布朗运动。

40、所述随机扰动下的电力系统频率分布方差模型，采用式55：

41、

42、式中：ε为随机扰动的强度，m为系统的等效集总惯量，τ为新能源站的一次调频响应速度，d为系统的等效集总阻尼，αr为调频相应强度。

43、所述随机扰动下的电力系统频率特性关键影响因素包括等效惯量的灵敏度、等效阻尼的灵敏度、调频响应强度的灵敏度、调频响应速度的灵敏度，从而进行分析；其中：

44、所述等效惯量的灵敏度采用式56：

45、

46、式中：ε为随机扰动的强度，m为系统惯量，τ为新能源站的一次调频响应速度，d为系统的等效集总阻尼，αr为调频相应强度。

47、所述等效阻尼的灵敏度采用式57：

48、

49、式中：ε为随机扰动的强度，m为系统惯量，τ为新能源站的一次调频响应速度，d为系统的等效集总阻尼，αr为调频相应强度。

50、所述调频响应强度的灵敏度采用式58：

51、

52、所述调频响应速度的灵敏度采用式59：

53、

54、式中：ε为随机扰动的强度，m为系统惯量，τ为新能源站的一次调频响应速度，d为系统的等效集总阻尼，αr为调频相应强度。

55、实施本发明的有益效果：本发明为解决利用分散碎片化资源的频率调控问题提供了一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，该方法深入认识含大规模储能的纯新能源系统的频率特性，辨识出不同情况下影响系统频率特性的关键因素，达到针对性设计大规模储能支持纯新能源系统频率控制技术的目的。

技术特征：

1.一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，其特征在于，所述步骤一中的系统频率响应模型的表达式为式9，

3.根据权利要求1所述的一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，其特征在于，所述步骤二包括建立频率事件下的电力系统频率响应时域模型、频率事件下的电力系统频率响应指标模型、频率事件下的电力系统频率特性关键影响因素；其中：

4.根据权利要求1所述的一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，其特征在于，所述步骤三包括随机扰动下的电力系统频率响应时域模型、随机扰动下的电力系统频率分布方差模型、随机扰动下的电力系统频率特性关键影响因素；其中：

技术总结
本发明涉及一种含大规模储能的纯新能源系统频率特性的建模与分析方法，包括基于系统的有功与频率的特性，建立以有功为输入、以频率为输出的系统频率响应模型；在频率事件下，建立系统频率响应以及对应频率响应指标的模型，对其进行灵敏度分析以辨识其关键影响因素；在随机功率扰动下，建立系统频率响应以及系统频率统计分布方差的模型，对其进行灵敏度分析以辨识其关键影响因素三个步骤。本发明利用分散碎片化资源的频率调控问题深入认识含大规模储能的纯新能源系统的频率特性，辨识出不同情况下影响系统频率特性的关键因素，达到针对性设计大规模储能支持纯新能源系统频率控制技术的目的。

技术研发人员：安娜,杨立滨,刘庭响,李正曦,周万鹏,王恺,高金,马俊雄
受保护的技术使用者：国网青海省电力公司清洁能源发展研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15