基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法技术

基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，包括以下步骤：推导利用虚拟惯量H

【技术实现步骤摘要】
基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法


[0001]本专利技术涉及虚拟惯量控制
，具体涉及一种基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法。

技术介绍

[0002]随着风电等新能源以更大规模、更大渗透率并入电网，新能源发电容量在电网中的占比将会显著增加，这将会严重削弱电网惯量和系统调频能力，虚拟惯量控制技术的引入则可以有效解决该问题。在研究含风电调频的电力系统动态频率特性时，所要面临的首要问题就是求解系统等效惯量。目前，大规模并网的风机类型为跟网型风机，并可基于频率微分控制方式实现跟网型风电机组的虚拟惯量控制技术。然而，由于跟网型风电机组虚拟惯量控制时的虚拟惯量是一个无规律时变参数，就无法直接聚合求解电网的等效惯量，令含风电惯量控制的电力系统动态频率特性解析计算陷入困境。故亟待需要一种跟网型风电机组虚拟惯量的常数化计算方法。
[0003]从本质上讲，惯量响应就是动能的改变量，若能计算出动能变化量与虚拟惯量的关系，并使得常数化后的动能变化量与实际的动能变化接近，即可确定风电机组等效虚拟惯量常数化后的值。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，该方法首先分析动能变化量与风电机组虚拟惯量的关系，然后以常数化后的动能变化量与实际的动能变化量近似为目的建立目标函数，从而计算出跟网型风电机组虚拟惯量常数化后的值。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：推导利用风电机组虚拟惯量H
eq
表征风电机组虚拟惯量响应动态过程中的动能变化量ΔE
k
；
[0008]步骤2：利用常数化虚拟惯量H
eq_target
表征风电机组虚拟惯量响应动态过程中的动能变化量ΔE
k_target
；
[0009]步骤3：根据风电机组虚拟惯量响应动态过程中动能变化量相等的原理，利用ΔE
k
和ΔE
k_target
构建目标函数，求解H
eq_target
；
[0010]步骤4：将风电机组虚拟响应动态过程分解成动能减少和动能增加的两段，分别利用步骤3方法求解两段的H
eq_target
解；
[0011]步骤5：利用风电机组常数化虚拟惯量，计算电网等值惯量；
[0012]所述步骤1中，根据惯量的基本物理定义，风电机组虚拟惯量H
eq
表示为：
[0013][0014]式(1)中，J
equ
为虚拟转动惯量；P为风电机组极对数；S
N
为额定容量；
[0015]H
eq
也能够利用风电机组和电网运行状态变量表示：
[0016][0017]式(2)中，Δω
r
、Δω
s
为风电机组转子角速度增量和电网角速度增量；ω
s0
、ω
r0
为电网初始角速度和转子初始角速度；ω
nom
为风电机组额定角速度；H
DFIG
为风电机组固有惯量。需要说明的是，跟网型风电机组执行虚拟惯量控制策略时，由于H
eq
随ω
s
和ω
r
变化而变化，因此H
eq
和J
equ
均具有时变特性。
[0018]风电机组虚拟惯量响应过程中的动能变化量ΔE
k
表示为：
[0019][0020]所述步骤2中，对应同一个风电机组虚拟惯量响应过程，参照式(3)结果采用一个恒定
[0021]数值的虚拟惯量H
eq_target
来表示动能变化量ΔE
k_target
：
[0022][0023]采用式(4)表示动能变化量时，ΔE
k_target
与ΔE
k
应在数值上最大化接近，以反映风电机组通过改变动能来实现惯量响应的物理本质。
[0024]所述步骤3中，根据步骤1、步骤2和式(3)、式(4)，构建如下目标函数：
[0025][0026]对应一段惯量响应过程，利用式(2)计算时变虚拟惯量H
eq
；同时，将H
eq_target
在[a，b]数值范围内依次均匀地取10000个点数值：其中任一点为H
eq_target,i
，i＝1,2...10000。
[0027]然后，将H
eq_target,i
和计算的H
eq
依次带入式(5)计算得到10000个值：|ΔE
k_target,1
‑
ΔE
k
|,|ΔE
k_target,2
‑
ΔE
k
|...|ΔE
k_target,i
‑
ΔE
k
|...|ΔE
k_target,10000
‑
ΔE
k
|，取其中最小值为最终解min(|ΔE
k_target,i
‑
ΔE
k
|)，此时对应的H
eq_target,i
即为该段惯量响应过程常数化虚拟惯量。
[0028]所述步骤4中，风电机组虚拟惯量响应时，考虑到会经历先减速、动能减少和再加速、动能增加的2阶段动态过程，如图2所示。需要将整个惯量响应过程分解成图中2段分别计算常数化虚拟惯量。对应第1阶段和第2阶段，利用式(2)计算时变虚拟惯量H
eq1
，H
eq2
，然后再将H
eq1
，H
eq2
分别带入步骤3做计算，可以求解出2阶段过程对应的2个常数化虚拟惯量H
eq_target1
，H
eq_target2
。
[0029]所述步骤5中，首先利用H
eq_target1
，H
eq_target2
表达惯量响应全过程的常数化虚拟惯量：
[0030][0031]式(6)中，sgn为符号函数；t为时间；t0为0时刻；
[0032]对于包含M台跟网型风电机组(设置每台机组状态相同)、N台同步机组的电力系统，计算电网等效惯量：
[0033][0034]式(6)中，H
sys
为电网等效惯量；S
wtN
为风电机组额定容量；H
syn,j
，S
syn,j
为第j台同步发电机组的惯量和额定容量。
[0035]式(7)即可表示含跟网型风电机组虚拟惯量响应作用、虚拟惯量常数化后的电网等效惯量。显然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，其特征在与包括以下步骤：步骤1：推导利用风电机组虚拟惯量H
eq
表征风电机组虚拟惯量响应动态过程中的动能变化量ΔE
k
；步骤2：利用常数化虚拟惯量H
eq_target
表征风电机组虚拟惯量响应动态过程中的动能变化量ΔE
k_target
；步骤3：根据风电机组虚拟惯量响应动态过程中动能变化量相等的原理，利用ΔE
k
和ΔE
k_target
构建目标函数，求解H
eq_target
；步骤4：将风电机组虚拟响应动态过程分解成动能减少和动能增加的两段，分别利用步骤3方法求解两段的H
eq_target
解；步骤5：利用风电机组常数化虚拟惯量，计算电网等值惯量。2.根据权利要求1所述一种基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，其特征在于：所述步骤1中，风电机组虚拟惯量H
eq
表示为：式(1)中，J
equ
为虚拟转动惯量；P为风电机组极对数；S
N
为额定容量；H
eq
也能够利用风电机组和电网运行状态变量表示：式(2)中，Δω
r
、Δω
s
为风电机组转子角速度增量和电网角速度增量；ω
s0
、ω
r0
为电网初始角速度和转子初始角速度；ω
nom
为风电机组额定角速度；H
DFIG
为风电机组固有惯量；风电机组虚拟惯量响应过程中的动能变化量ΔE
k
表示为：3.根据权利要求2所述一种基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，其特征在于：所述步骤2中，对应同一个风电机组虚拟惯量响应过程，参照式(3)结果采用一个恒定数值的虚拟惯量H
eq_target
来表示动能变化量ΔE
k_target
：采用式(4)表示动能变化量时，ΔE
k_target
与ΔE
k
应在数值上最大化接近。4.根据权利要求3所述一种基于跟网型风电机组虚拟惯量常数化的电网等效惯量计算方法，其特征在于：所述步骤3中，根据步骤1、步骤2和式(3)、式(4)，构建如下目标函数：对应一段惯量响应过程，利用式(2)计算时变虚拟惯量H
eq
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚艳，周勋甜，张志刚，康家乐，陈玄俊，贺艳华，
申请(专利权)人：宁波市电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：