用于关键参数辨识的电力系统精准频率响应模型构建方法

本发明属于电力系统频率响应，涉及一种频率响应模型构建方法，特别是一种用于关键参数辨识的电力系统精准频率响应模型构建方法。

背景技术：

1、近年来，世界脱碳步伐加快，新能源发电在各国家电网中保持快速发展的态势。我国风光装机总量预计在2030年达到20亿kw，占比将突破50％；到2050年，全国风光发电装机容量占比将达68％、发电量占比将达48％，实现火电从主体电源向保障电源的重大转变。然而，由于大多数新能源发电机组通过电力电子设备接入电网，常规控制下与电网形成弱耦合甚至完全解耦的状态，无法提供具有构网功能的一次调频及惯量响应，这将导致电网出现频率安全稳定问题。2016年澳洲和2019年英国分别遭受了因新能源高占比与系统低调频能力造成的大断电事故，造成了严重的后果和损失。

2、在此背景下，准确预测系统频率动态特性显得愈发重要。经典sfr模型采用再热式汽轮机的调速器模型简化形式描述原动机部分，静态调差系数描述等值调速器，忽略同步机调速器的时间常数，将系统简化为二阶线性模型。实际上，调速器通常由测量、积分放大、执行等环节构成，每一部分均呈现时延响应，调速器的响应时间取决于调速器各环节的响应时间。汽轮机组的调速器时间常数通常小于3s，水轮机组通常需小于4s～10s。故常规同步机组调速器响应时间常数难以直接计算获取，需要精确辨识。系统等值阻尼deq，由于其包括发电机阻尼、负荷调频效应、新能源机组的调频能力，难以聚合获得。然而，系统等值阻尼对rocof、频率最低值、到达频率最低值的时间以及频率稳态偏差值等关键频率动态特征均产生较大影响，精确辨识系统阻尼意义重大。

3、综上，亟需一种可实现关键参数辨识的精准频率响应模型的构建方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于关键参数辨识的电力系统精准频率响应模型构建方法，以克服上述背景技术中存在的问题。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、用于关键参数辨识的电力系统精准频率响应模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：

4、步骤1，统计电力系统所有机组原动机的物理参数和调速器调差系数；

5、步骤2，根据统计的所有机组原动机的物理参数和调速器调差系数以及时域模型里不同机组类型的调频功率输出，计算不同机组类型的在线调频功率占比系数、同步机组的等值聚合调差系数、kpi-sfr模型中的原动机物理参数；

6、步骤3，收集电力系统所有机组的功率响应，以计算惯量中心点的频率曲线δωact，同时收集kpi-sfr的输出数据曲线δωout；

7、步骤4，根据步骤3获取的惯量中心点的频率曲线δωact，得到电力系统最大频率变化率rocofmax，辨识得到电力系统等值惯量teq；

8、步骤5，基于智能优化算法根据步骤3获取的惯量中心点的频率曲线δωact，和kpi-sfr的输出数据曲线δωout实现不同类型同步机组调速器时间常数tgi的辨识；

9、步骤6，结合惯量中心点的频率曲线δωact频率曲线的频率稳态值和步骤5辨识获取的不同类型同步机组调速器时间常数辨识系统等值阻尼deq；

10、步骤7,输出kpi-sfr模型中的所有参数，得到kpi-sfr模型。

11、而且，所述计算不同机组类型的在线调频功率占比系数、同步机组的等值聚合调差系数、kpi-sfr模型中的原动机物理参数的方法为：

12、步骤2.1，计算各类型发电机组的在线调频功率占比系数，α、β、γ、ε,分别代表非再热式汽轮机、再热式汽轮机、水轮机、新能源机组面向调频的发电机功率占比系数：

13、

14、式中，pni、prj、phk、psl分别代表ith台非再热式汽轮机、jth台再热式汽轮机、kth台水轮机、lth台具有调频能力的新能源机组的有功功率；pn为非再热式汽轮机输出功率,pr为再热汽轮机输出功率,ph为水轮机输出功率。

15、步骤2.2，将获取的各类型发电机组的在线调频功率占比系数，针对ith台非再热式汽轮机、jth台再热式汽轮机、kth台水轮机分别对应的调差参数kni、krj、khk，计算各对应的等值调差系数kn、kr、kh：

16、

17、式中，pni、prj、phk、psl分别代表ith台非再热式汽轮机、jth台再热式汽轮机、kth台水轮机、lth台具有调频能力的新能源机组的有功功率；pn为非再热式汽轮机输出功率,pr为再热汽轮机输出功率,ph为水轮机输出功率。

18、步骤2.3，基于步骤2.2得到的等值调差系数，计算分类型聚合原动机组的物理参数tch、tr、trt、tw、fh、rt、rp：

19、

20、

21、式中，pni、prj、phk、psl分别代表ith台非再热式汽轮机、jth台再热式汽轮机、kth台水轮机、lth台具有调频能力的新能源机组的有功功率；kni、krj、khk为ith台非再热式汽轮机、jth台再热式汽轮机、kth台水轮机分别对应的调差参数；pn为非再热式汽轮机输出功率,pr为再热汽轮机输出功率,ph为水轮机输出功率。tch为高压缸蒸汽容积的时间常数，fh为高压涡轮系数，tr为再热器时间常数，trt为水轮机的复位时间常数，rp为永久下降率，rt为暂时下降率，tw为水锤效应时间常数；tchi为ith台非再热式汽轮机的高压缸蒸汽容积的时间常数，x代表再热式汽轮机的聚合物理参数，xj代表jth台再热式汽轮机的物理参数，y代表水轮机的聚合物理参数，yk代表kth台水轮机的物理参数。

22、而且，所述步骤3惯量中心点的频率曲线的计算方法为：

23、

24、式中，fcoi为惯量中心频率，hi为机组i的惯性时间常数，fi为机组i的频率。

25、而且，所述步骤4通过电力系统最大频率变化率rocofmax，辨识电力系统等值惯量teq的方法为：

26、步骤4.1，获取同步机组惯量esg、新能源机组虚拟惯量ev和负荷惯量eload；

27、步骤4.2，在步骤4.1的基础上，通过初始电力系统功率不平衡功率δpl和在t＝0+时刻的初始最大频率变化率rocofmax，利用下式辨识电力系统等值惯量teq：

28、

29、式中，sb为系统所有发电装机容量之和。

30、而且，所述步骤5基于智能优化算法实现不同类型同步机组调速器时间常数tgi的辨识方法为:

31、步骤5.1，实测步骤3计算获取的coi频率响应曲线数据δωact和kpi-sfr模型输出数据δωout；

32、步骤5.2，基于智能优化算法进行辨识求解同步机组调速器的等值时间常数，设智能优化算法的目标函数为：

33、

34、式中，m为采样数目，k为第k个采样点，t为调速器时间常数序列。

35、而且，所述步骤6结合频率曲线的关键特征值频率稳态值和辨识获取系统等值阻尼deq的方法为:

36、步骤6.1，在t时刻频率δωt达到稳态值δω∞的判据为：

37、

38、式中，c为频率允许误差，本发明设为0.05hz，m为间隔步长的数目，δt为步长，n为任意正整数；

39、步骤6.2，基于步骤6.1获取的频率稳态值结合laplace变换辨识系统等值阻尼：

40、

41、式中，一阶惯性环节延时g1(s)和g2(s)分别为非再热式汽轮机蒸汽惯性导致的蒸汽容积效应与调速器本身的动态增益；一阶惯性环节延时g3(s)和g4(s)，来分别表示高压蒸汽环节和调速器的动态增益；二阶传递函数g5(s)为水轮机的“水锤效应”，一阶惯性环节延时g6(s)表示其调速器；

42、步骤6.3，基于步骤6.2，系统等值阻尼表示为：

43、

44、式中，α、β、γ分别代表非再热式汽轮机、再热式汽轮机、水轮机功率占比系数，kn、kr、kh为非再热式汽轮机、再热式汽轮机、水轮机对应的等值调差系数。

45、本发明的优点和有益效果为：

46、1、本发明提出的kpi-sfr从模型改进的角度更为精细化考虑多元化同步机组的调频动态特性、新能源调频能力、负荷频率调节效应。与现有频率响应模型相比，考虑的同步机类型更加全面。

47、2、本发明提出的kpi-sfr提出了可利用智能优化算法实现精确辨识，包括再热式汽轮机、非再热式汽轮机、水轮机不同机组类型的等值调速器时间常数的方法，进一步降低了sfr的误差。

48、3、本发明设计了基于频率关键特征值的系统等值阻尼辨识方法，实现了系统等值阻尼的快速精确求解。