[发明专利]一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法

说明书

本发明专利公开了一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，首先根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立了风电并网电力系统的平均系统频率响应模型，基于频率累积效应计算频率安全稳定裕度指标，通过结合频率响应特征和安全裕度指标约束，建立风电渗透率水平和安全裕度指标的定量函数关系，从而能够快速有效的预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率水平，本发明提出的频率安全稳定裕度指标，物理概念清晰且能客观反映系统频率的动态安全状态，可以快速有效预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率，对保障系统安全稳定运行具有重要意义。

所属领域

本发明属于电网安全风险评估技术领域，具体涉及一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法。

背景技术

作为目前最成熟和最具发展前景的可再生能源之一，风力发电近年来始终保持着强劲的发展势头。然而风力发电大都通过电力电子变流器并网，其有功功率与系统频率处于解耦状态，均难以像传统同步发电机一样给电网提供惯性及一次调频支撑。随着大规模风力发电逐渐替代传统同步发电机并网运行，使得系统惯性水平呈现逐渐降低的趋势，进一步恶化了外部扰动下的系统频率响应，不利于系统的安全性。目前已有学者开始开展大规模风电并网运行对系统频率安全稳定影响的研究，并以此作为评估风电接入电网容量的因素之一，因此，研究电力系统的最大风电渗透率水平，对未来高占比风电电力系统的安全稳定运行具有非常重要的指导意义。

目前，对于系统最大风电渗透率水平的评估，国内外已有学者展开了一系列研究，大致可分为两类：基于数字仿真的方法和基于数学模型的方法。但是，这些方法大都采用最大频率偏差、频率变化率等作为频率响应指标，均未考虑频率偏差轨迹超过限值的累积效应，所以这些方法与实际不符，不能响应实际需求且参数值不够准确，而实际试验运用中，频率偏差轨迹超过限值的累积效应对电力系统设备的稳定运行有非常大的意义，因而如何能够在充分考虑累积效应的前提下，迅速做出最大风电渗透率水平的评估，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中的问题，提供了一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，首先根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立了风电并网电力系统的平均系统频率响应模型，基于频率累积效应计算频率安全稳定裕度指标，通过结合频率响应特征和安全裕度指标约束，建立风电渗透率水平和安全裕度指标的定量函数关系，从而能够快速有效的预测风电并网电力系统的频率安全状态和最大风电渗透率水平，对保障系统安全稳定运行具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种考虑频率累积作用的最大风电渗透率快速评估方法，包括如下步骤：

S1，建立精确的平均系统频率响应模型：所述模型根据电网的拓扑结构、发电机和调速器参数的聚合而建立；

S2，求解系统频率偏差的时域表达式：根据步骤S1建立的模型，计算出系统频率偏差的时域表达式；

S3，计算累积效应的频率安全稳定裕度指标：所述指标以最大出力同步发电机掉机作为系统的功率缺额扰动事件，计算基于累积效应的频率安全稳定裕度指标；

S4，计算更新模型后的频率安全裕度指标：逐步增加风电来替代传统同步发电机，并对含风电的平均系统频率响应模型参数进行更新，重新计算新频率安全裕度指标；

S5，对新频率安全裕度指标进行判断：当新频率安全裕度指标值大于零时，返回步骤S3，否则，继续步骤S6；

S6，建立频率安全裕度指标和风电渗透率水平的数学表达式；

S7，根据步骤S6建立的数学表达式，令频率安全裕度指标值为0，计算最大风电渗透率。

作为本发明的一种改进，所述步骤S1中平均系统频率响应模型的频域表达式为：