一种考虑风-储-直联合调频的电网频率特征计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑风

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风
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储
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直联合调频的电网频率特征计算方法


[0001]本专利技术属于电力系统自动化领域，涉及一种基于风
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储
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直联合调频的电网频率特征定量计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着能源结构的低碳化转型，高比例新能源、高比例电力电子设备接入成为了现代电力系统的显著特征。在电源侧，以风电为代表的可再生能源大部分通过电力电子接口实现并网，使得电力电子设备得到广泛应用；在输电侧，20世纪末兴起的柔性直流输电等输电技术推动了电力电子设备在输电网络中的占比不断提高；在负荷侧，以新能源汽车为代表的新型负荷也大多采用电力电子接口。源网荷多方面的电力电子化成为现代电力系统发展趋势，是电力系统在装备上的一次大变革。
[0003]然而，不同区域电网调频资源结构的差异化使得在频率动态过程中，各节点调频特性的异质化更加明显。在双高电力系统内，跨区联络线两侧呈现“送端”、“受端”特征，两侧电网的等效惯量和调频资源的差异化使得区域电网频率动态过程产生显著差异。另一方面，采用电力电子变流器接口的设备尽管能够提供更快的一次频率支撑，但缺乏传统发电机惯量，当发生故障后，频率波动幅度、频率变化率较大，容易引发一系列的频率稳定问题。
[0004]目前，电力电子设备控制的调频策略为新型电力系统调频提供了灵活的控制手段，但当前的电力系统频率态势研究并没有立足频率特征定量计算并联合仿真验证，因此，如何定量分析电力系统频率特征成为了研究热点。随着双高电力系统的逐渐完善，系统的频率特征计算流程方法对于新型电力系统频率稳定分析、调频单元控制、资源配置优化等都具有促进意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种考虑风
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储
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直联合调频的电网频率特征计算方法，解决传统火电、风电、储能、柔性直流输电联合调频下电力系统频率特征计算方法缺乏的技术问题。
[0006]本专利技术所述的一种考虑风
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储
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直联合调频的电网频率特征计算方法，步骤为：
[0007]步骤1、根据传统火电、风电、储能、柔性直流输电频率响应模型，建立风
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储
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直联合调频的电力系统频率响应模型并计算频率特性；
[0008]步骤2、计算得到电力系统频率变化时域表达式，并基于电力系统频率变化时域模型计算风
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储
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直联合调频下电力系统频率特征集合A，包括频率变化率、最大频率偏差及频率峰值时间；
[0009]步骤3、依据电力系统频率特性函数得到频率变化频域表达式，基于电力系统频率变化S域模型计算风
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储
‑
直联合调频下电力系统频率特征集合B，包括稳态频率误差和初始频率变化率。
[0010]进一步的，所述步骤1中，基于各调频单元的频率响应传递函数，按照各自发电功
率提供调频服务，获得电力系统频率响应模型；
[0011]所述风
‑
储
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直联合调频的电力系统频率响应传递函数为：
[0012]G
system
(s)＝G
R
(s)+G
WEDC
(s)
[0013]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
＝G
R
(s)+G
W
(s)+G
E
(s)+G
DC
(s)
[0014]其中，G
system
(s)是无扰动下风
‑
储
‑
直联合调频的电力系统频率响应传递函数，G
R
(s)是传统火电频率响应传递函数，G
W
(s)是风电频率响应传递函数，G
DC
(s)是柔性直流输电频率响应传递函数，G
WEDC
(s)是风电、储能、柔性直流输电联合调频下的频率响应传递函数；
[0015]其中，G
WEDC
(s)满足：
[0016]G
WEDC
(s)＝G
W
(s)+G
E
(s)+G
DC
(s)
[0017]各调频单元频率响应模型如下：
[0018]a.传统火电频率响应模型采用低阶线性传递函数：
[0019][0020]R为一次调频下垂系数，ΔP
R
为火电机组发电功率增量，F
H
是原动机高压缸做功系数，T
R
是再热时间常数，k
m
是机械功率因数；Δf为电力系统频率变化量；
[0021]b.风电频率附加控制采用典型频率控制方法中的惯性控制和桨距角控制建立风电频率响应模型；
[0022]风电惯性响应传递函数为：
[0023][0024]式中，T
ω
为转子惯性响应时间常数；k
df
为惯性响应系数；ΔP
ω
为转子惯性控制提供的功率变化量；
[0025]桨距角控制频率响应传递函数为：
[0026][0027]式中，T
β
为变桨距响应时间常数；k
pf
为一次调频系数；ΔP
β
为变桨距控制提供功率变化量；
[0028]风电频率响应模型将惯性响应控制和桨距角控制相结合，风电机组频率响应传递函数为：
[0029][0030]ΔP
W
为风电调频单元功率出力变化量；
[0031]c.储能单元在DC/DC换流器外环控制侧加入频率附加控制器，储能频率响应传递函数为：
[0032][0033]式中k
E
为储能频率附加控制比例系数，T
E
为内环控制响应时间常数，ΔP
E
为储能系统送出功率变化量；
[0034]d.柔性直流输电经VSC换流站提供频率支撑，柔性直流输电频率响应模型为：
[0035][0036]式中，α为柔性直流输电频率控制下垂系数，T
DC
为惯性环节时间常数，ΔP
DC
为柔性直流输电功率增量。
[0037]进一步的，计算频率特性，所述风
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储
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直联合调频的电力系统频率特性传递函数为：
[0038][0039]其中，M＝2H,H为系统惯性常数；ΔP
L
为系统所受扰动大小；K、η
W
、η
E
、η
DC
分别是常规机组、风电、储能、柔性直流输电的非负调频系数，且满足K+η
W
+η
E
+η
DC
＝1；G(s)为受扰动下电力系统频率传递函数。
[0040]进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑风
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储
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直联合调频的电网频率特征计算方法，其特征在于，所述方法的步骤为：步骤1、根据传统火电、风电、储能、柔性直流输电频率响应模型，建立风
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储
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直联合调频的电力系统频率响应模型并计算频率特性；步骤2、计算得到电力系统频率变化时域表达式，并基于电力系统频率变化时域模型计算风
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储
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直联合调频下电力系统频率特征集合A，包括频率变化率、最大频率偏差及频率峰值时间；步骤3、依据电力系统频率特性函数得到频率变化频域表达式，基于电力系统频率变化S域模型计算风
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储
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直联合调频下电力系统频率特征集合B，包括稳态频率误差和初始频率变化率。2.根据权利要求1所述的一种考虑风
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储
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直联合调频的电网频率特征计算方法，其特征在于，所述步骤1中，基于各调频单元的频率响应传递函数，按照各自发电功率提供调频服务，获得电力系统频率响应模型；所述风
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储
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直联合调频的电力系统频率响应传递函数为：其中，G
system
(s)是无扰动下风
‑
储
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直联合调频的电力系统频率响应传递函数，G
R
(s)是传统火电频率响应传递函数，G
W
(s)是风电频率响应传递函数，G
DC
(s)是柔性直流输电频率响应传递函数，G
WEDC
(s)是风电、储能、柔性直流输电联合调频下的频率响应传递函数；其中，G
WEDC
(s)满足：G
WEDC
(s)＝G
W
(s)+G
E
(s)+G
DC
(s)各调频单元频率响应模型如下：a.传统火电频率响应模型采用低阶线性传递函数：R为一次调频下垂系数，ΔP
R
为火电机组发电功率增量，F
H
是原动机高压缸做功系数，T
R
是再热时间常数，k
m
是机械功率因数；Δf为电力系统频率变化量；b.风电频率附加控制采用典型频率控制方法中的惯性控制和桨距角控制建立风电频率响应模型；风电惯性响应传递函数为：式中，T
ω
为转子惯性响应时间常数；k
df
为惯性响应系数；ΔP
ω
为转子惯性控制提供的功率变化量；桨距角控制频率响应传递函数为：式中，T
β
为变桨距响应时间常数；k
pf
为一次调频系数；ΔP
β
为变桨距控制提供功率变化
量；风电频率响应模型将惯性响应控制和桨距角控制相结合，风电机组频率响应传递函数为：ΔP
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘懿诗，周霞，戴剑丰，张腾飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：