一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法

1.本发明涉及新能源系统技术领域，具体涉及一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法。


背景技术：

2.新能源集成系统是将热泵、太阳能以及燃气采暖热水炉结合在一起，形成清洁型多能源互补系统，实现能源之间优势互补的高效率、低能耗运行状态。
3.新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
4.新能源集成系统是是将热泵、太阳能以及燃气采暖热水炉结合在一起，形成清洁型多能源互补系统，实现能源之间优势互补的高效率、低能耗运行状态。
5.目前的新能源系统低惯量水平将会使得系统抗扰动能力和调节能力大幅降低，随着跨区直流输电规模的扩大，新能源机组成规模地投入运行，扰动带来的频率波动越来越难以平息，发生潜在风险的几率也日益升高。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术存在的随着跨区直流输电规模的扩大，新能源机组成规模地投入运行，扰动带来的频率波动越来越难以平息，发生潜在风险的几率也日益升高的问题，提供一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，该一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法具有制定了频率紧急控制策略的总体思路，根据各控制措施特点及系统特点确立了措施及区域优先级，建立了统筹分区内可控措施惯量和其余控制代价的综合控制代价，根据各层次优先顺序及综合控制代价共同达成控制目标，接着提出了紧急频率控制实施时的实时校正方法和总量计算，并给出了频率紧急控制的具体流程，最后以实际电网高新能源出力比例算例进行分析，验证了策略的有效性的效果。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，包括以下步骤：
8.步骤一：根据具体电网的动态特性与仿真数据，建立多种典型高比例新能源运行方式，计算其惯量；
9.步骤二：将系统允许的最大频率偏差作为已知量，通过时域分析得到典型方式下发生某预想故障时系统可承受最大功率盈余量；
10.步骤三：通过改变参数或调整局部开机状态，在合理范围内改变典型方式惯量水平以模拟实际运行情况，经过大量仿真得到模拟的实际方式与典型方式惯量之比和紧急控制动作系数k间的对应关系；
11.步骤四：对电力系统的运行状态进行即时感知，匹配系统典型运行方式；
12.步骤五：对各类型机组进行开机状态监测，实时估计电力系统惯量；
13.步骤六：当检测到故障发生时，获取功率盈余总量；
14.步骤七：对功率盈余总量进行判断；
15.步骤八：考虑断面稳定约束及相关工况，获取当前系统可采取的紧急控制措施及其可控容量；
16.步骤九：对控制量与最大紧急可控资源进行判断；
17.步骤十：按照各控制措施优先级、区域优先级、分区内措施综合控制代价依次对措施进行选取，满足频率暂态安全后，将控制量下发。
18.优选的，所述步骤三中，可采取的控制措施中，设系统内另一tz直流最大紧急支援功率为200mw，对于切机组措施，考虑近扰动点易引发脱网的风险。
19.优选的，所述步骤三中，同时尽可能减小电网潮流的波动，各机组所在区域优先级顺序按照所在区域与故障点之间的电气距离由近到远进行排列，配套电源所在分区为区域1，可控量为600mw。
20.优选的，所述步骤四中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式不变，仅提高系统的惯量，而后施加同等大小的扰动量以观察系统惯量对频率的影响。
21.优选的，所述步骤五中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式、系统惯量不变，仅调整区域惯量数值，得到区域惯量分布较不均衡的工况，而后施加同等大小的扰动量以观察区域惯量对频率的影响。
22.优选的，所述步骤六中，针对某实际电网在某时段的历史运行情况，可由量测数据得到该时段的各类型机组开机状态以及其惯量，将常规机组及含虚拟惯量的新能源机组的惯量和开机状态分别进行统计，进而可以得到统计意义上的各类型机组单台平均惯量。
23.优选的，所述步骤六中，紧急情况发生时，仅需通过各类型机组的开机状态即可结合统计参数估计实时惯量，从而在保证工程精度的范围内实现对于大规模系统惯量估计的快速性。
24.优选的，所述步骤七中，以新能源出力35％时的同步机动能和开机状态为典型情况，结合45％、55％、65％时的开机情况，估计三种工况下新能源出力比例惯量。
25.优选的，所述步骤七中，判断依据如下：若该扰动量大于可承受最大功率盈余量，则开启频率紧急控制，若扰动量小于控制量，则认为故障后电网频率不越限，紧急控制不动作。
26.优选的，所述步骤九中，判断依据如下：若小于最大紧急可控资源，进入下一步，若大于最大紧急可控资源，则判断频率控制不满足要求，直接采用所有可控资源，并发出警告。
27.与现有技术相比，本发明提供了一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，具备以下有益效果：
28.本发明提出了考虑高比例新能源系统惯量的频率紧急控制策略，基于频率安全稳定控制标准，结合高比例新能源系统频率特征提出了频率紧急控制策略的目标和原则，进而制定了频率紧急控制策略的总体思路，根据各控制措施特点及系统特点确立了措施及区域优先级，建立了统筹分区内可控措施惯量和其余控制代价的综合控制代价，根据各层次优先顺序及综合控制代价共同达成控制目标，接着提出了紧急频率控制实施时的实时校正方法和总量计算，并给出了频率紧急控制的具体流程，最后以实际电网高新能源出力比例
算例进行分析，验证了策略的有效性。
具体实施方式
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.本发明提供一种技术方案：一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，包括以下步骤：
31.步骤一：根据具体电网的动态特性与仿真数据，建立多种典型高比例新能源运行方式，计算其惯量；
32.步骤二：将系统允许的最大频率偏差作为已知量，通过时域分析得到典型方式下发生某预想故障时系统可承受最大功率盈余量；
33.步骤三：通过改变参数或调整局部开机状态，在合理范围内改变典型方式惯量水平以模拟实际运行情况，经过大量仿真得到模拟的实际方式与典型方式惯量之比和紧急控制动作系数k间的对应关系；
34.步骤四：对电力系统的运行状态进行即时感知，匹配系统典型运行方式；
35.步骤五：对各类型机组进行开机状态监测，实时估计电力系统惯量；
36.步骤六：当检测到故障发生时，获取功率盈余总量；
37.步骤七：对功率盈余总量进行判断；
38.步骤八：考虑断面稳定约束及相关工况，获取当前系统可采取的紧急控制措施及其可控容量；
39.步骤九：对控制量与最大紧急可控资源进行判断；
40.步骤十：按照各控制措施优先级、区域优先级、分区内措施综合控制代价依次对措施进行选取，满足频率暂态安全后，将控制量下发。
41.本发明中，优选的，步骤三中，可采取的控制措施中，设系统内另一tz直流最大紧急支援功率为200mw，对于切机组措施，考虑近扰动点易引发脱网的风险。
42.优选的，步骤三中，同时尽可能减小电网潮流的波动，各机组所在区域优先级顺序按照所在区域与故障点之间的电气距离由近到远进行排列，配套电源所在分区为区域1，可控量为600mw。
43.优选的，步骤四中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式不变，仅提高系统的惯量，而后施加同等大小的扰动量以观察系统惯量对频率的影响。
44.优选的，步骤五中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式、系统惯量不变，仅调整区域惯量数值，得到区域惯量分布较不均衡的工况，而后施加同等大小的扰动量以观察区域惯量对频率的影响。
45.优选的，步骤六中，针对某实际电网在某时段的历史运行情况，可由量测数据得到该时段的各类型机组开机状态以及其惯量，将常规机组及含虚拟惯量的新能源机组的惯量和开机状态分别进行统计，进而可以得到统计意义上的各类型机组单台平均惯量。
46.优选的，步骤六中，紧急情况发生时，仅需通过各类型机组的开机状态即可结合统计参数估计实时惯量，从而在保证工程精度的范围内实现对于大规模系统惯量估计的快速性。
47.优选的，步骤七中，以新能源出力35％时的同步机动能和开机状态为典型情况，结合45％、55％、65％时的开机情况，估计三种工况下新能源出力比例惯量。
48.优选的，步骤七中，判断依据如下：若该扰动量大于可承受最大功率盈余量，则开启频率紧急控制，若扰动量小于控制量，则认为故障后电网频率不越限，紧急控制不动作。
49.优选的，步骤九中，判断依据如下：若小于最大紧急可控资源，进入下一步，若大于最大紧急可控资源，则判断频率控制不满足要求，直接采用所有可控资源，并发出警告。
50.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：根据具体电网的动态特性与仿真数据，建立多种典型高比例新能源运行方式，计算其惯量；步骤二：将系统允许的最大频率偏差作为已知量，通过时域分析得到典型方式下发生某预想故障时系统可承受最大功率盈余量；步骤三：通过改变参数或调整局部开机状态，在合理范围内改变典型方式惯量水平以模拟实际运行情况，经过大量仿真得到模拟的实际方式与典型方式惯量之比和紧急控制动作系数k间的对应关系；步骤四：对电力系统的运行状态进行即时感知，匹配系统典型运行方式；步骤五：对各类型机组进行开机状态监测，实时估计电力系统惯量；步骤六：当检测到故障发生时，获取功率盈余总量；步骤七：对功率盈余总量进行判断；步骤八：考虑断面稳定约束及相关工况，获取当前系统可采取的紧急控制措施及其可控容量；步骤九：对控制量与最大紧急可控资源进行判断；步骤十：按照各控制措施优先级、区域优先级、分区内措施综合控制代价依次对措施进行选取，满足频率暂态安全后，将控制量下发。2.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤三中，可采取的控制措施中，设系统内另一tz直流最大紧急支援功率为200mw，对于切机组措施，考虑近扰动点易引发脱网的风险。3.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤三中，同时尽可能减小电网潮流的波动，各机组所在区域优先级顺序按照所在区域与故障点之间的电气距离由近到远进行排列，配套电源所在分区为区域1，可控量为600mw。4.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤四中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式不变，仅提高系统的惯量，而后施加同等大小的扰动量以观察系统惯量对频率的影响。5.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤五中，保持系统内机组开机数目及出力、负荷大小、潮流方式、系统惯量不变，仅调整区域惯量数值，得到区域惯量分布较不均衡的工况，而后施加同等大小的扰动量以观察区域惯量对频率的影响。6.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤六中，针对某实际电网在某时段的历史运行情况，可由量测数据得到该时段的各类型机组开机状态以及其惯量，将常规机组及含虚拟惯量的新能源机组的惯量和开机状态分别进行统计，进而可以得到统计意义上的各类型机组单台平均惯量。7.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤六中，紧急情况发生时，仅需通过各类型机组的开机状态即可结合统计参数估计实时惯量，从而在保证工程精度的范围内实现对于大规模系统惯量估计的快速性。8.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤七中，以新能源出力35％时的同步机动能和开机状态为典型情况，结合45％、55％、
65％时的开机情况，估计三种工况下新能源出力比例惯量。9.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤七中，判断依据如下：若该扰动量大于可承受最大功率盈余量，则开启频率紧急控制，若扰动量小于控制量，则认为故障后电网频率不越限，紧急控制不动作。10.根据权利要求1所述的高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，其特征在于，所述步骤九中，判断依据如下：若小于最大紧急可控资源，进入下一步，若大于最大紧急可控资源，则判断频率控制不满足要求，直接采用所有可控资源，并发出警告。

技术总结
本发明公开了一种高比例新能源系统惯量频率紧急控制方法，包括以下步骤：步骤一：根据具体电网的动态特性与仿真数据，建立多种典型高比例新能源运行方式，计算其惯量；步骤二：将系统允许的最大频率偏差作为已知量，通过时域分析得到典型方式下发生某预想故障时系统可承受最大功率盈余量；本发明提出了考虑高比例新能源系统惯量的频率紧急控制策略，基于频率安全稳定控制标准，结合高比例新能源系统频率特征提出了频率紧急控制策略的目标和原则，进而制定了频率紧急控制策略的总体思路，根据各控制措施特点及系统特点确立了措施及区域优先级，建立了统筹分区内可控措施惯量和其余控制代价的综合控制代价。制代价的综合控制代价。


技术研发人员：盛四清 宋嘉炜
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/21