一种系统频率响应优化建模方法及系统与流程

本发明涉及电力系统分析建模领域，尤其涉及一种系统频率响应优化建模方法及系统。

背景技术：

1、在2020年，我国提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到巅峰，努力争取2060年前实现碳中和”的目标。近年来，为了“双碳”目标持续推进，新能源正逐渐取代传统化石能源。截至2021年12月，我国发电机总装机容量2377gw，其中新能源风电装机32817万千瓦，新能源光伏装机30654万千瓦。2021年我国新增装机容量17908万千瓦，其中新能源风电新增4765万千瓦，新能源光伏新增装机5454万千瓦。预计2030年新能源装机容量将新增10.7～12.7亿千瓦，总量将达16～18亿千瓦。

2、大规模新能源装机在缓解能源危机和环境危机的同时，也对电力系统的频率稳定产生了不良影响，主要体现在以下三个方面：第一方面，由于我国电力资源与负荷呈逆向分布，尤其是在当下新能源大规模的开发下，使用常规的500kv输电系统已经难以满足如今的资源配置需求。在此情况下，特高压交直流输电应运而生，其含有1000kv及以上电压等级的交流线路和±800kv及以上等级的直流线路。特高压电网具有输电容量大、传送距离长和损耗小等特点。然而，由于环境影响，特高压输电线路可能会出现故障，这就导致了单一故障功率缺额大幅增加，电力系统的频率安全稳定受到严重威胁。2015年9月锦苏直流发生双极闭锁事故，故障发生后，受端电网出现大功率缺额，此次事故造成华东电网损失发电3.55％，频率跌落约为0.41hz。第二方面，为了应对传统化石能源枯竭、环境污染和气候变化等问题，我国在持续开发风能、太阳能和生物质能等新能源作为替代。新能源的大规模并网能够优化能源结构，但是新能源机组通常通过电力电子器件并网，不能提供足够的转动惯量，在替代传统机组后使系统的总体转动惯量降低。2019年8月，英国发生大停电事故，切除负荷3.2％，百万人受到影响，事后分析表明，系统中同步机组开机比例过低，导致系统惯量持续走低。第三方面，由于目前新能源并网技术标准偏低，与传统火电机组和水电机组相比，其耐扰动能力较差。当发生扰动时可能由于异常的电压或频率造成新能源机组大规模脱网，进一步扩大功率缺额，给电网造成二次冲击。由此可见，对电网频率响应实现预判的建模和分析方法尤为重要。

3、当今的传统电网频率响应模型，大多只注重同步机组，而随着新能源的大规模并网，新能源接入场景不得不考虑。现有的新能源电站，通常采用最大功率追踪模式，不参与电网调频环节。随着电网调频需求的不断增加，未来越来越多的新能源将附带新型控制策略，主动参与电网的一次调频和惯性响应。由于新能源的大规模并网导致电力系统的频率响应特性出现复杂变化，需建立考虑新能源的复杂电力系统模型，以精确分析频率响应，优化频率控制策略。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种系统频率响应优化建模方法，用来解决实际问题中，电力系统模型分析频率响应以及频率控制不准确的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种系统频率响应优化建模方法，包括：

4、建立考虑电压影响的系统功率缺额模型和含风电机组的系统频率响应优化模型；

5、基于所述系统功率缺额模型和系统频率响应优化模型，得到考虑电压影响的系统频率响应优化模型；

6、对所述考虑电压影响的系统频率响应优化模型中的参数进行优化。

7、作为本发明所述的系统频率响应优化建模方法的一种优选方案，其中：所述建立考虑电压影响的系统功率缺额模型，包括：

8、当只考虑频率时，系统的功率缺额δp1表示为：

9、δp1＝aμ(t)

10、当考虑电压与频率之间的相互作用时，系统的功率缺额δpd表示为：

11、

12、其中，μ(t)为单位阶跃函数；a为系统功率缺额的标幺值；ai和bi为系统辨识出的常系数。

13、作为本发明所述的系统频率响应优化建模方法的一种优选方案，其中：建立含风电机组的系统频率响应优化模型，包括：

14、建立经典sfr模型，并将系统等效为一个单机单负荷模型，其传递函数为：

15、

16、其中，δf为系统频率偏差，h为系统等效惯性时间常数，d为阻尼系数，r为调差系数，km为机械功率增益系数，fh为高压缸功率占比，tr再热时间常数；

17、建立负荷频率模型，且系统频率的变化取决于电动机类型负荷频率特性叠加，公式表示为：

18、δpm＝δpe+klδωr

19、其中，δpe为电阻类型负荷的有功变化量，klδωr为电动机类型负荷的有功变化量，kl为负荷调节系数；

20、建立风电机组调频模型，将风电场等值为一个机群，并利用加权动态等值参数聚合方法建立风电场频率响应传递函数模型hwf(s)模型表示为：

21、

22、其中，δpwf风电机组的机械功率增量，n0、mi分别为加权动态等值法计算得到的传递函数各项等值聚合参数。

23、作为本发明所述的系统频率响应优化建模方法的一种优选方案，其中：得到考虑电压影响的系统频率响应优化模型，包括：

24、在经典sfr模型的基础上，增加电压影响、负荷模型和风机模型控制环节的传递函数，所述传递函数表示为：

25、

26、作为本发明所述的系统频率响应优化建模方法的一种优选方案，其中：对所述考虑电压影响的系统频率响应优化模型中的参数进行优化，包括：

27、将所述传递函数简化；

28、获取仿真数据；

29、对功率缺额参数辨识；

30、对频率响应参数辨识。

31、作为本发明所述的系统频率响应优化建模方法的一种优选方案，其中：还包括：

32、所述获取仿真数据，需在bpa中设置负荷增加、机组切机和直流闭锁故障，读取系统受扰后的频率偏差δf和考虑电压影响时机组的有功功率变化δpd；

33、所述对功率缺额参数辨识，需根据功率的变化过程，使得系数ai和bi通过最小二乘法来辨识；

34、所述对频率响应参数辨识，需根据功率扰动和频率响应，使得系数ai和bi通过最小二乘法来辨识。

35、一种系统频率响应优化建模系统，其包括：

36、计算模块，用于建立考虑电压影响的系统功率缺额模型和含风电机组的系统频率响应优化模型；

37、模型构建模块，用于基于所述系统功率缺额模型和系统频率响应优化模型，得到考虑电压影响的系统频率响应优化模型；

38、参数优化模块，用于对所述考虑电压影响的系统频率响应优化模型中的参数进行优化。

39、作为本发明所述的一种系统频率响应优化建模系统的一种优选方案，其中：参数优化模块，包括：

40、读取单元，用于读取系统受扰后的频率偏差δf和考虑电压影响时机组的有功功率变化δpd；

41、辨识单元，用于对功率缺额参数和频率响应参数进行辨识，以得到对应的辨识计算方式。

42、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的任一步骤。

43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的任一步骤。

44、与现有技术相比，发明有益效果为：本发明通过建立考虑电压影响的系统功率缺额模型和含风电机组的系统频率响应优化模型，并基于构建的考虑电压影响的系统功率缺额模型和含风电机组的系统频率响应优化模型，得到考虑电压影响的系统频率响应优化模型；对考虑电压影响的系统频率响应优化模型中的参数进行优化；本发明将电压影响考虑纳入模型进行优化，使得传统模型的准确性和可靠性得到了显著提高，同时解决了高比例新能源系统频率响应建模中的电压影响问题，为高比例新能源系统的稳定运行提供了有效保障。