针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法及系统与流程

本发明涉及新能源场站电力设备评估领域，特别是针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法及系统。

背景技术：

1、频率稳定是电力系统安全运行的重要保证。根据遭受扰动的大小和频率偏差的多少，电力系统频率稳定性可分为正常运行情况下的频率调节和严重故障下的紧急控制。频率调节能力反映了没有外部控制时系统本身的频率特性，传统电力系统的频率特性一般由同步发电机转子以及调速器所决定。我们对频率的一些基本认识也都是基于同步发电机的特性所形成的，比如惯性增加则频率变化速度变慢，有功负荷加重则频率降低等。但是随着新能源等大量电力电子装备的接入，系统的频率特性可能会发生根本改变，有必要重新认识多个电力电子装备共同作用下系统的频率特性和频率调节能力。

2、有一种基于参数辨识的频率响应特性评估方式与本发明近似，该方法利用新能源场站至并网点联络线断面频率和有功功率数据进行新能源场站虚拟惯量与虚拟阻尼系数估计。该方法通过实测新能源场站在功率扰动测试后的数据，依据最优化方法估计虚拟惯量与虚拟阻尼系数。与本发明相比，这种方法需要场站的实测数据，有时难以方便获得，而且通过最优化的方法估计参数也存在一定的误差。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于：现有的技术有通过数据驱动或最优化参数估计的方法来得到系统的虚拟惯性系数和阻尼系数。这种方法需要场站的实测数据。有些新能源场站不具备实验测量的条件，即使具备条件，也存在实验测量成本过高的问题。而且这些方法的结果依赖每次实验的数据，当场站控制参数和连接方法发生改变时，则需重新实验测量才能获得准确的结果，大大增加了成本。通过最优化的方法估计参数也存在一定的误差。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法，其包括，采集跟随型变流器和构网型变流器的电流与电压数据，根据所采集的数据建立跟随型设备的功率因数模型和构网型设备的模型；设系统中任意一个节点为相位参考节点，采集其余节点的电流相位和电压相位，构建整个系统的状态空间模型，并求出系统的不平衡工作点和不平衡功率；根据各模型与函数拟合等效阻尼和等效惯量计算公式，求出系统的等效阻尼和等效惯量，根据求得的计算结果进行频率调节能力的评估。

4、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述跟随型设备的功率因数模型包括，对于跟随型变流器，忽略交流电流时间尺度的动态，使电流的dq轴分量始终等于其参考值，且电压外环输出保持不变；对新能源场站每个节点编号，设第i节点接入跟随型变流器设备，i＝1，…，m，设备的功率因数模型表示为：

5、

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8、其中，变量上方的点表示为微分，即kp,i和ki,i分别表示为第i台跟随型变流器锁相环的比例系数和积分系数，θi,i表示为第i台跟随型变流器输出电流的相位，xpll,i表示为第i台跟随型变流器锁相环积分器的输出，ωi,i表示为第i台跟随型变流器输出电流的角速度，表示为第i台跟随型变流器输出功率的功率因数角，θci,i表示为第i台跟随型变流器dq坐标系下的电流参考值相量的相位，pi和qi分别表示为第i台跟随型变流器的输出有功功率和无功功率，idref,i和iqref,i分别表示为第i台跟随型变流器有功电流参考值和无功电流参考值。

9、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述构网型设备的模型包括，第k节点接入vsg-vsc设备，k＝m+1，…，n，设备的构网型设备的模型表示为：

10、

11、其中，km,k和kd,k分别表示为第k台构网型变流器虚拟同步控制的惯性系数和阻尼系数，θt,k表示为第k台构网型变流器输出电压的相位，ωk表示为第k台构网型变流器输出电压的角速度，ω0表示为参考角速度，一般取100πrad/s，pref,k和pk分别表示为第k台构网型变流器的参考有功功率和实际输出有功功率。

12、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述状态空间模型包括，选择第m节点为相位参考节点，将其余节点的电流相位或电压相位与m节点的电流相位做差可表示为：

13、

14、由可进一步得到整个系统的状态空间模型表示为：

15、

16、其中i＝1，…，m–1，k＝m+1，…，n。

17、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述不平衡工作点和不平衡功率包括，令节点为零求得系统的不平衡工作点表示为：

18、

19、定义系统的频率工作点为ωop表示为：

20、ωop＝…＝ωk0＝…＝ωi,i0＝…

21、其中，ωk0和ωi,i0分别为方程的解；定义系统整体的不平衡功率δpunb表示为：

22、

23、其中，pk0为方程的解。

24、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述等效阻尼和等效惯量计算公式包括，定义系统的惯性心中频率ωcoi为ωk的加权平均值，加权系数为惯性系数km,k，所述惯性心中频率ωcoi表示为：

25、

26、在工作点处，线性化状态方程，利用模态分析求得系统的特征值和特征值的参与因子，2n–1个特征值分别表示为λj，j＝1，…，2n–1，状态变量ωk对λj的参与因子表示为pλjωk，惯性心中频率ωcoi对λj的参与因子pλiωcoi表示为：

27、

28、作为本发明所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的一种优选方案，其中：所述等效阻尼和等效惯量计算公式还包括，对所有特征值计算惯性心中频率ωcoi的参与因子并进行排序，pλjωk的绝对值最大值对应的特征值称为频率相关特征值，用λf表示，若pλjωk的绝对值最大对应的特征值有两个且互为共轭，则λf取特征值的实数部分；

29、惯量中心频率ωcoi的时域表达式表示为：

30、

31、等效阻尼df的计算公式表示为：

32、

33、等效惯量mf的计算公式表示为：

34、

35、根据所计算得到得等效阻尼和等效惯量判断系统的频率调节能力，等效阻尼与系统频率调节的稳态偏差成正比，等效惯量与系统的惯量支撑能力成正比。

36、本发明的另外一个目的是提供一种针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估系统，此系统可自动定义系统的惯量中心频率，计算了惯量中心频率最相关的特征值，快速计算虚拟阻尼参数和虚拟惯量参数。

37、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的系统，包括模型构建模块和频率调节能力评估模块；所述模型构建模块用于构建模型，采集跟随型变流器和构网型变流器的电流与电压数据，根据所采集的数据建立跟随型设备的功率因数模型和构网型设备的模型，设系统中任意一个节点为相位参考节点，采集其余节点的电流相位和电压相位，构建整个系统的状态空间模型，并求出系统的不平衡工作点和不平衡功率；所述频率调节能力评估模块用于评估频率调节能力，根据各模型与函数拟合等效阻尼和等效惯量计算公式，求出系统的等效阻尼和等效惯量，根据求得的计算结果进行频率调节能力的评估。

38、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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的步骤。

39、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述针对新能源场站电力设备频率调节能力的评估方法的步骤。

40、本发明有益效果为：本发明通过构建系统的状态空间方程，定义了系统的惯量中心频率，计算了惯量中心频率最相关的特征值，以此估计得到虚拟阻尼参数和虚拟惯量参数。本发明不需要新能源场站的实测数据，当场站的控制参数和连接结构发生改变时，可快速计算虚拟阻尼参数和虚拟惯量参数。