基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法及系统与流程

本发明属于电力自动化领域，涉及一种基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法及系统。

背景技术：

1、新型电力系统的发展建设，推动了以新能源为主导能源的转变，整个电力系统呈现出“双高”(高比例电力电子设备和高比例新能源)和“双低”(低转动惯量和低短路比)的特征。转动惯量是电力系统频率抗扰动的重要保障，也是新型电力系统特性认知的一个重要内容。但随着大量常规机组被替代，同步交流电力系统的转动惯量持续减小，电力系统动态调节水平能力下降，削弱了系统承受有功冲击、频率波动和抗扰动的能力，容易导致严重电力系统故障。因此，及时感知和评估新型电力系统的惯量水平是提升系统频率安全性及稳定性的重要前提。

2、目前，对惯量的认知主要集中在传统发电机组的转动惯量上，缺乏对新能源虚拟转动惯量及负荷侧资源转动惯量的关注，仅通过在运发电机组的简单统计得出的转动惯量，无法准确反映系统真实的惯量水平，在发生扰动时无法据此获准确获得频率变化率和最低的频率值。

3、此外，以惯量中心为基准的频率响应建模和分析方法无法体现惯量/频率的空间分布特性，难以适应频率区域化特征日益明显的高比例新能源电力系统。因此，如何准确监测电力系统的系统惯量成为了当前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面，提供一种基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法，包括：获取电力系统中各频率监测点的监测频率，并基于各频率监测点的监测频率将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域；获取并基于各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率，得到电力系统的中心频率变化率；获取电力系统的扰动有功功率变化量，并基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，得到电力系统的电力系统惯量。

4、可选的，所述基于各频率监测点的监测频率将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域包括：基于各频率监测点的监测频率，采用k-均值算法将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域。

5、可选的，所述获取并基于各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率，得到电力系统的中心频率变化率包括：将各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率一一对应相乘后求和，得到各频率监测区域的求和值；将各频率监测区域的求和值除以各频率监测区域的同步发电机惯量总和，得到各频率监测区域的中心频率；将各频率监测区域的中心频率与各频率监测区域的同步发电机惯量总和一一对应相乘后求和，得到电力系统的求和值；以及将电力系统的求和值除以电力系统的同步发电机惯量总和，得到电力系统的中心频率；获取预设时间段内电力系统的中心频率变化量，并将预设时间段内电力系统的中心频率变化量除以预设时间段的时长，得到电力系统的中心频率变化率。

6、可选的，所述获取电力系统的扰动有功功率变化量包括：获取电力系统的所有同步发电机机组的扰动有功功率变化量、外部直流输入线路的扰动有功功率变化量以及新能源总出力的扰动有功功率变化量；叠加电力系统的所有同步发电机机组的扰动有功功率变化量、外部直流输入线路的扰动有功功率变化量以及新能源总出力的扰动有功功率变化量，得到电力系统的扰动有功功率变化量。

7、可选的，所述基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，得到电力系统的电力系统惯量包括：基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，通过下式得到电力系统的电力系统惯量：

8、

9、其中，hsys为电力系统的电力系统惯量，δp为电力系统的扰动有功功率变化量；d为电力系统的中心频率变化率。

10、本发明第二方面，提供一种基于中心频率的电力系统惯量在线监测系统，包括：区域划分模块，用于获取电力系统中各频率监测点的监测频率，并基于各频率监测点的监测频率将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域；中心频率变化率计算模块，用于获取并基于各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率，得到电力系统的中心频率变化率；惯量计算模块，用于获取电力系统的扰动有功功率变化量，并基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，得到电力系统的电力系统惯量。

11、可选的，所述基于各频率监测点的监测频率将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域包括：基于各频率监测点的监测频率，采用k-均值算法将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域。

12、可选的，所述基于各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率，得到电力系统的中心频率变化率包括：将各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率一一对应相乘后求和，得到各频率监测区域的求和值；将各频率监测区域的求和值除以各频率监测区域的同步发电机惯量总和，得到各频率监测区域的中心频率；将各频率监测区域的中心频率与各频率监测区域的同步发电机惯量总和一一对应相乘后求和，得到电力系统的求和值；以及将电力系统的求和值除以电力系统的同步发电机惯量总和，得到电力系统的中心频率；获取预设时间段内电力系统的中心频率变化量，并将预设时间段内电力系统的中心频率变化量除以预设时间段的时长，得到电力系统的中心频率变化率。

13、可选的，所述获取电力系统的扰动有功功率变化量包括：获取电力系统的所有同步发电机机组的扰动有功功率变化量、外部直流输入线路的扰动有功功率变化量以及新能源总出力的扰动有功功率变化量；叠加电力系统的所有同步发电机机组的扰动有功功率变化量、外部直流输入线路的扰动有功功率变化量以及新能源总出力的扰动有功功率变化量，得到电力系统的扰动有功功率变化量。

14、可选的，所述基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，得到电力系统的电力系统惯量包括：基于电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，通过下式得到电力系统的电力系统惯量：

15、

16、其中，hsys为电力系统的电力系统惯量，δp为电力系统的扰动有功功率变化量；d为电力系统的中心频率变化率。

17、本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法的步骤。

18、本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法的步骤。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明基于中心频率的电力系统惯量在线监测方法，首先基于各频率监测点的监测频率将各频率监测点进行分类，得到至少两个频率监测区域，然后基于各频率监测区域的各同步发电机惯量以及各同步发电机的监测频率，得到电力系统的中心频率变化率，最终根据电力系统的扰动有功功率变化量和中心频率变化率，得到电力系统的电力系统惯量，通过各频率监测点的监测频率以及电力系统的扰动有功功率变化量，实现以在线监测的方式感知电力系统惯量，基于电力系统的扰动有功功率变化量的参与，可充分考虑电力系统中各主体对电力系统惯量的影响，能够在电力系统出现扰动后实时计算出电力系统总的系统惯量，为电力系统的运行人员准确把握电力系统的真实的惯量水平提供参考，不仅能够有效为电力系统的安全稳定运行提供新的监测手段，同时也能够在保障电力系统安全稳定运行的情况下促进新能源进一步消纳。