[发明专利]电网频率响应

说明书

描述了用于确定在电网的同步区域内的惯性的方法和设备。基于控制信号的序列(图4a)对至和/或来自一个或多个功率单元的组的功率流进行调制并且测量与在电网中的流动的电流的频率相关的频率特征(图4b‑图4d的实线)。基于所测量出的频率特征和所确定的幅度特征确定与电网的至少一个区域相关联的频率响应特征。从其确定功率单元位于其中的电网的该区域中的惯性是低(图4b)、中间(图4c)或高(图4d)，并且使电网的同步区域内的频率响应特征能够易于被确定。

技术领域

本发明涉及用于确定电网(electrical power grid)内的频率响应特征(frequency response characteristics)的方法和设备。

背景技术

在供应商与用户之间通过配电网络或电网交换电力。在这种电网中，电力通常由较大容量的发电站和较小容量的可再生能源的组合供应。

在大型发电站(例如，化石燃料燃烧的或核电站)中的发电机通常包括具有较高速旋转的较高质量的旋转部件，因此，称为旋转发电(spinning generation)。在其正常操作的过程中，旋转发电机存储较大量的动能。更小的可再生能源(风力涡轮机和太阳能发电机)存储远远更小的量的能量或者甚至根本不存储能量。

通常，电网通过在电网的整个同步区域中均匀的标称电网频率操作。例如，英国市电电源通常通过50Hz操作。电网运营商通常被迫将电网频率保持在预先定义的限制内，例如，英国市电电源应保持在标称50Hz电网频率的0.4％内。如果在电能的发电和消耗之间未保持平衡(例如，如果总发电量不能满足在高需求周期的消耗，或者如果来自电力发电机的输出改变，可能是由于发电机故障)，那么存储在电网的发电机内的能量的净总量可以改变。这造成旋转发电机的旋转速度的变化并且电网的工作频率的对应变化。因此，电网运营商将系统工作频率用作在电网内的电力的消耗与发电之间的平衡的测量。

频率响应特征描述电网频率对在电网中的电力的生成与消耗之间的平衡的变化的响应。这种频率响应特征的实例包括电网“刚度(stiffness)”和电网“惯性(inertia)”。

电网刚度(grid stiffness)是描述对规定的功率平衡变化的电网频率响应的程度(即，幅度)的性能。具有较高刚度的同步电网(例如)对规定的功率平衡变化显示了网格频率的较小变化。坚硬的或牢固的电网通常具有低电网阻抗并且通常具有系统发电容量较大的电网。在刚度通常是规定的电网的静态性能的同时，应注意的是，实际上，例如，在大电网内，发电和消耗容量频繁改变，例如，在新供应商加入电网和/或间歇发电(例如，风和太阳)源中或者从电网和/或间歇发电源中去除时。这表示实际上，电网刚度可以是电网的基本上动态的性能。

电网惯性是存储在电网内的能量的总量的测度，并且影响电网的工作频率响应于电网平衡的变化而改变的速率。具有高比例的旋转发电的同步电网的区域通常具有作为旋转动能存储在发电机内的大量能量(即，具有高惯性)，因此，具有将电网的工作频率保持为标称电网频率的更大容量。与此相反，具有低比例的旋转发电的同步电网的区域具有较低量的存储能量(即，具有低惯性)，因此，具有将电网的工作频率保持为标称电网频率的更小容量。因此，在电网的高惯性区域内的频率变化率小于在电网的低惯性区域内的频率变化率，并且“惯性”可表示该频率变化率。

由于在电网内的频率响应特征可以提供电网响应于消耗或发电的突然变化的方式的指示，所以有助于网络运营商理解电网频率响应特征在整个电网上变化的方式。通常，使用相量仪表进行电网工作频率的精确的并且高分辨率的测量，来确定电网频率响应特征。由于仪表昂贵，所以实际上不广泛地分布；通常，在输电网内的有限数量的中心节点上进行测量。这表示测量对在电网内的局部变化相对不敏感。

进一步地，由于测量产生大量数据，所以通常离线分析测量。这表示在频率响应特征的确定中具有延迟；这使网络运营商等难以对频率响应特征的变化及时做出反应。

本发明的目标在于，至少缓解先有技术的一些问题。