一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，在传统低阶动态频率响应模型基础上，将接入的风电机组看作为“负的负荷”,并忽略风电机组自身动态特性以及小时间常数环节，从而可推导并建立一种新的低阶动态频率响应模型。该模型能够帮助调度部门快速而又精确地获取风电并网系统的动态频率下响应曲线，并评估四个重要动态频率特性指标，这将对含风电并网系统的低频减载技术等研究与实施带来很大便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，属于电网动态频率分析领域。
技术介绍
根据最新的“十三五”规划，到2020年我国累计风电装机容量将至少达到2亿千瓦。然而由于风电机组出力波动性与随机性，而且风电机组多采用了电力电子器件，导致其发电机转子转速与电网频率解耦，那么随着大量的风电机组接入电网，势必改变传统电网的频率动态特性。然而电力系统动态频率特性对电能质量与电网安全稳定有着重要的影响，因此基于含风电并网系统动态频率响应特性的研究是非常迫切且意义重大的。JohanMorren等人在期刊IEEEtransonpowersystem中发表的文章《Windturbinesemulatinginertiaandsupportingprimaryfrequencycontrol》，提出了在变速风电机组转子侧变流器中增加经典的比例微分额外控制环，给出了变速风电机组惯性响应和一次频率响应的控制基本雏形，后来很多研究都是在该文献基础上展开的。但目前国、内外大量的文献都是致力于风电机组频率控制技术的研究，关于风电场接入电网后对系统频率响应特性的影响却还处于初期研究阶段。由于风电不断接入传统电网，已导致电网动态频率特性发生改变，传统电网的低阶频率响应模型已不再适用。因此为了快速又较为精确地获取含风电并网系统的动态频率特性，那么建立一种新的低阶动态频率响应模型是目前需要解决的重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于建立一种含风电并网系统的低阶动态频率响应模型，该模型能够帮助调度部门快速而又精确地获取风电并网系统的动态频率下响应曲线，并评估四个重要动态频率特性指标。本专利技术为解决以上技术问题采用以下技术方案：一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，包括以下步骤：1)假定装机额定容量为SN的传统电网由火电机组为主导，现有占传统总电网装机容量比例为Lp的风电机组替代同等容量的火电机组接入传统电网中，则此时火电机组的额定容量减小为SN(1-LP)；2)假定风电场内风电机组均采用比例-微分PD频率辅助控制器，且风电机组在频率控制过程中不会发生过度响应，将风电机组看作为负的负荷，则可得到含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的传递函数；3)根据含风电并网系统的低阶频率响应模型传递函数，通过拉斯反变换，推导出含风电并网系统的低阶频率响应模型的时域解析表达式以及电网动态频率的四个重要特性指标。前述的步骤3)中，含风电并网系统的低阶频率响应模型的时域解析表达式的推导，包括以下步骤：3-1)含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的传递函数的复数域关系如式(1)所示：Δω(s)(2Hs+D)=-Km(1+FHPTRs)R(1+TRs)Δω(s)-Lp1-Lp(kp+skd)Δω(s)+ΔPd(s)---(1)]]>其中，ΔP′step为风电接入后电网有功功率瞬时增量；ΔPstep为原传统电网有功功率瞬时增量，Δω(s)为电网频率增量，H为传统电网等值惯性时间常数，D为传统电网等值阻尼，R传统电网调速器调差系数，Km为与发电机功率因数和备用系数相关的系数，由调度部门设定，FHP为高压缸稳态输出功率占汽轮机总输出功率的百分比，TR为中压缸再热蒸汽容积时间常数，kp和kd为比例-微分PD频率辅助控制器的比例系数和微分系数，s为拉普拉斯算子；3-2)根据式(1)得到传递函数关系如下：Δω(s)=ΔPstep(1+TRs)/(1-Lp)(2HTR+Lp1-LpkdTR)s2+[KmRFHPTR+Lp(kpTR+kd)1-Lp+(2H+DTR)]s+(KmR+Lpkp1-Lp+D)---(2);]]>将式(2)变为标准形式：Δω(s)=(ΔPstepRKm′+LpkpR+D′R)(ωn21+TRss(s2+2ξωns+ωn2))---(3)]]>其中，ωn2=Km′+(Lpkp+D′)R(2H′TR+LpkdTR)R---(4)]]>ξ=12Km′FHPTR+LpR(kpTR+kd)+(2H′+D′TR)RKm′+(Lpkp+D′)Rωn---(5)]]>K'm＝Km(1-Lp)；H'＝H(1-Lp)；D'＝D(1-Lp)(6)3-3)对式(3)进行拉斯反变换，得到含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的时域解析表达式Δω(t)为：其中，α=1-2TRξωn+TR2ωn1-ξ2---(8)]]>ωr=ωn1-ξ2---(9)]]>t表示时间。前述的步骤3)中，电网动态频率的四个重要特性指标为：初始频率变化率、最大频率偏移发生时间、最大频率偏移、准稳态频率偏差。前述的初始频率变化率，即频率发生扰动初始时刻t＝0+时电网频率的变化率，记为ROCOF：ROCOF=limt→0+dΔω(t)dt=ΔPstep2H(1-Lp)+Lpkd---(11).]]>前述的最大频率偏移发生时间，即电网频率偏移最大对应的时刻，记为tMFD，当电网动态频率偏移最大时，此时电网动态频率变化率则最大频率偏移发生时间tMFD为：tMFD=1ωrarctan(ωrTR1-ξωnTR)---(12).]]>前述的最大频率偏移Δωmax为：前述的准稳态频率偏移Δfqss为：Δfqss=limt→∞Δω(t)=lims→0+sΔω(s)=ΔPstepRKm′+LpkpR+D′R---(14).]]>采用本专利技术方法所建立的模型能够帮助调度部门快速而又精确地获取风电并网系统的动态频率下响应曲线，并评估四个重要动态频率特性指标，这将对含风电并网系统的低频减载技术等研究与实施带来很大便利。附图说明图1为变速风电机组采用的经典PD频率辅助控制器框图；图2为含风电并网系统的低阶动态频率响应模型传递函数框图；图3为含风电并网系统的低阶动态频率响应模型递函数等效简化图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)假定装机额定容量为SN的传统电网由火电机组为主导，现有占传统总电网装机容量比例为Lp的风电机组替代同等容量的火电机组接入传统电网中，则此时火电机组的额定容量减小为SN(1‑LP)；2)假定风电场内风电机组均采用比例‑微分PD频率辅助控制器，且风电机组在频率控制过程中不会发生过度响应，将风电机组看作为负的负荷，则可得到含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的传递函数；3)根据含风电并网系统的低阶频率响应模型传递函数，通过拉斯反变换，推导出含风电并网系统的低阶频率响应模型的时域解析表达式以及电网动态频率的四个重要特性指标。

【技术特征摘要】
1.一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，其特征在于，包括以下
步骤：
1)假定装机额定容量为SN的传统电网由火电机组为主导，现有占传统总电网装机容量
比例为Lp的风电机组替代同等容量的火电机组接入传统电网中，则此时火电机组的额定容
量减小为SN(1-LP)；
2)假定风电场内风电机组均采用比例-微分PD频率辅助控制器，且风电机组在频率控
制过程中不会发生过度响应，将风电机组看作为负的负荷，则可得到含风电并网系统的低阶
动态频率响应模型的传递函数；
3)根据含风电并网系统的低阶频率响应模型传递函数，通过拉斯反变换，推导出含风
电并网系统的低阶频率响应模型的时域解析表达式以及电网动态频率的四个重要特性指标。
2.根据权利要求1所述的一种建立含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的方法，
其特征在于，所述步骤3)中，含风电并网系统的低阶频率响应模型的时域解析表达式的推
导，包括以下步骤：
3-1)含风电并网系统的低阶动态频率响应模型的传递函数的复数域关系如式(1)所示：
Δω(s)(2Hs+D)=-Km(1+FHPTRs)R(1+TRs)Δω(s)-Lp1-Lp(kp+skd)Δω(s)+ΔPd(s)---(1)]]>其中，ΔP′step为风电接入后电网有功功率瞬时增
量；ΔPstep为原传统电网有功功率瞬时增量，Δω(s)为电网频率增量，H为传统电网等值
惯性时间常数，D为传统电网等值阻尼，R传统电网调速器调差系数，Km为与发电机功
率因数和备用系数相关的系数，由调度部门设定，FHP为高压缸稳态输出功率占汽轮机总输
出功率的百分比，TR为中压缸再热蒸汽容积时间常数，kp和kd为比例-微分PD频率辅助
控制器的比例系数和微分系数，s为拉普拉斯算子；
3-2)根据式(1)得到传递函数关系如下：
Δω(s)=ΔPstep(1+TRs)/(1-Lp)(2HTR+Lp1-LpkdTR)s2+[KmRFHPTR+Lp(kpTR+kd)1-Lp+(2H+DTR)]s+(KmR+Lpkp1-Lp+D)---(2);]]>将式(2)变为标准形式：
Δω(s)=(ΔPstepRKm′+LpkpR+D′R)(ωn21+TRss(s2+2ξωns+ωn2))---(3)]]>其中，&om...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘文霞，全锐，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32