【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统，特别是涉及一种电力系统惯量备用容量规划方法。
技术介绍
1、惯量作为频率稳定控制的首道防线，可在系统受扰后迅速提供功率支撑，为后续调速器动作以及其它调频手段的响应争取时间。因此，惯量对于维持系统频率稳定至关重要。。
2、随着新型电力系统的加速构建，风电、光伏和储能变流器接口资源(inverterbased resources,ibr)占比不断提升，传统同步机组被大量取代，这使得系统同步惯量水平持续降低，电网呈现显著的“低惯量”特征。电网惯量水平过低会导致系统受扰后频率变化率(rate of change of frequency,rocof)指标恶化，而过高的rocof会导致同步机组内部结构损坏、分布式电源脱网、甚至后续调频手段来不及响应系统频率就已经崩溃。因此，亟需开展保障电网惯量水平的理论方法研究。
3、目前已有研究多聚焦于虚拟惯量的控制策略以及优化配置，缺乏从备用规划层面保障电网惯量水平的研究。随着系统同步惯量的持续降低，传统备用方式将无法满足系统对于惯量的特定需求，有必要对备用进行更为精细化的分类，增设惯量备用以保障电网惯量水平。一方面，随着电网同步惯量的持续降低以及虚拟惯量资源的深入挖掘，惯量响应将不再是传统元件物理规律主导下的自然无偿响应，而成为参与电力市场辅助服务的重要部分。因此，面向惯量备用进行规划需采用风险决策方法以权衡方案的经济性与可靠性。另一方面，电网决策者的风险偏好会影响到规划结果，传统基于全事故集的备用规划方法无法体现决策者的风险偏好，亦会导致极端事件被淹
4、本专利技术提出一种电力系统惯量备用容量规划方法。该方法基于序贯蒙特卡洛方法建立常规机组、风电机组和光伏机组的元件状态模型，随机生产模拟获取系统失负荷集合；对惯量响应特性进行分析，建立含源-储-荷多种类调节资源的系统频率响应模型，实现对系统受扰后频率动态轨迹的快速跟踪；基于rocof约束评估系统最小需求惯量，并构建惩罚模型以衡量rocof越限导致的损失；进而建立考虑风险偏好的惯量备用总成本收益模型，并对规划方案进行可行性检验。该方法能够考虑决策者风险偏好，针对不同电网风险承受能力制定差异化备用规划方案，能够为保障电网惯量水平提供更为全面的理论指导。
技术实现思路
1、高比例新能源电网惯量水平持续降低，严重威胁电网安全稳定运行。然而现有研究多聚焦于虚拟惯量的控制策略以及优化配置，缺乏从备用规划层面保障电网惯量水平的研究；传统基于全事故集的备用规划方法无法体现决策者的风险偏好，亦会导致极端事件被淹没在海量频发的普通事件中。针对上述问题，本专利技术提出一种电力系统惯量备用容量规划方法。该方法基于序贯蒙特卡洛方法建立常规机组、风电机组和光伏机组的元件状态模型，随机生产模拟获取系统失负荷集合；对惯量响应特性进行分析，建立含源-储-荷多种类调节资源的系统频率响应模型，实现对系统受扰后频率动态轨迹的快速跟踪；基于rocof约束评估系统最小需求惯量，并构建惩罚模型以衡量rocof越限导致的损失；进而建立考虑风险偏好的惯量备用总成本收益模型，并对规划方案进行可行性检验。该方法能够考虑决策者风险偏好，针对不同电网风险承受能力制定差异化备用规划方案，能够为保障电网惯量水平提供更为全面的理论指导。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种电力系统惯量备用容量规划方法，如图1所示，包括以下步骤：
4、s1：基于序贯蒙特卡洛方法建立常规机组、风电机组和光伏机组的元件状态模型，随机生产模拟获取系统失负荷集合；
5、s2：对惯量响应特性进行分析，建立含源-储-荷多种类调节资源的系统频率响应模型；
6、s3：基于rocof约束评估系统最小需求惯量，并构建惩罚模型以衡量rocof越限导致的损失；
7、s4：进而建立考虑风险偏好的惯量备用总成本收益模型，并对规划方案进行可行性检验。
8、优选，s11：构建风电机组元件状态与出力模型；
9、根据风机三状态模型，可建立状态转移矩阵：
10、
11、式中，λw_1，λw_2为风机从运行状态到停运、降额状态的转移率；μw_1，μw_2为对应修复率；
12、利用马尔可夫法进行概率求解，可得各状态持续时间为：
13、
14、式中：τ12、τ13为三状态模型过渡为降额、停运前的健康运行时间，τ21、τ31为恢复健康运行前的降额、停运时间，u为[0,1]均匀分布的随机数；
15、风电机组出力与风速之间呈现非线性关系，其功率输出模型可用分段函数来描述：
16、
17、式中，vt为预测风速；vci、vn、vco分别为风机的切入风速、额定风速和切出风速；pwn为风机的额定功率；a、b、c分别为风电机组功率特性曲线的待定系数，求解公式为：
18、
19、风速可采用威尔分布法、时间序列法和机器学习法预测获取；
20、s12：构建光伏机组元件状态与出力模型；
21、采用马尔可夫法进行概率求解，可得到元件各状态的概率与持续时间：
22、
23、式中，λ3、μ3分别为两状态模型元件的正常到故障的转移率、故障修复率；p3，p4分别为元件处于运行和停运状态的概率；τ3、τ4分别为两状态模型持续正常运行时间、修复时间；
24、光伏机组功率输出特性用分段函数来描述：
25、
26、式中，gstd、ppvn分别表示额定光强和光伏机组的额定功率；rc为某一特定光强；gbt为实时光照强度序列，可通过homer软件模拟生成，采用实际测量数据；
27、s13：构建常规机组元件状态与出力模型；
28、依据各常规机组容量值及其元件状态可获取常规机组总的功率输出；
29、s14：建立系统元件状态模型,对元件连续故障进行筛除后，输出风电、光伏和常规机组的出力，将系统机组出力叠加，不满足负荷需求的部分即为扰动大小，扰动大小即该采样点下所有元件异常运行状态导致的功率缺失合集。
30、进一步优选，s2具体包括如下步骤：
31、s21：常规机组惯量响应与一次调频特性分析与建模；
32、三类常规机组通过调速器参与一次调频，对于一台同步发电机，若忽略阻尼，则其转子运动方程为：
33、
34、式中，fg为发电机组的频率；δpe为扰动功率。hg为发电机组的惯性常数，单位为s；
35、在能量视角下，惯量可表示为：
36、
37、式中，j为转动惯量；ω为机械角速度，sn为发电机额定容量；ek为转子存储的动能，即能量形式下的惯性量化值，单位为mw·s；
38、s22:变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，S1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，S2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于：S3中，基于所建系统频率响应模型，对频率动态约束进行分析，考虑RoCoF约束评估最小需求惯量；
5.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于：S3中，在面向惯量备用规划时，需对RoCoF进行约束，并衡量RoCoF越限后对系统造成的损失，从而为决策者进行惯量备用容量规划提供指导依据；
6.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于：S4具体包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，s1具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于，s2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种电力系统惯量备用容量规划方法，其特征在于：s3中，基于所建系统频率响应模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，邵宝珠，张明理，潘霄，吉星，赵琳，商文颖，窦文雷，李雍睿，蒋海玮，刘广朔，胡旌伟，李卫东，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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