[发明专利]基于小信号法的离网综合能源系统暂态响应快速评估方法

说明书

本发明提供了一种基于小信号法的离网综合能源系统暂态响应快速评估方法。该方法包括：将离网综合能源系统划分为逆变器、线路、锁相环和负载四个子模块，根据子模块设备类型在各自的坐标系上分别建立逆变器、线路、锁相环和负荷四个子模块的小信号状态空间子模型；通过参考公共坐标系将各个小信号状态空间子模型联立，建立离网综合能源系统的小信号状态空间模型；将负荷投切所引起的负荷电流变化量作为离网综合能源系统的小信号状态空间模型的外部输入量，离网综合能源系统的小信号状态空间模型输出系统电压和频率的波动值。

技术领域

本发明涉及能源管理技术领域，尤其涉及一种基于小信号法的离网综合能源系统暂态响应快速评估方法。

背景技术

园区级综合能源系统在计划停电、非计划停电等场景下都会与主网脱离，随着冷热电联供技术、分布式发电、储能技术的发展应用及控制手段的丰富，同时用能侧负荷的用能安全需求不断增长，园区级综合能源系统逐渐开始试点离网场景独立运行。由于综合能源系统中往往存在微燃机、光伏、储能系统等供能设备，因此能够在离网运行状态下实现对一些重要的负荷的独立供能。目前，园区级综合能源系统的离网运行由于缺少大系统支撑，系统惯性较低，抵御扰动的能力明显下降。由于电热气不同系统存在明显差别的时间尺度，热、气系统稳定性主要参考系统能流分布与容量匹配，而供电系统由于系统惯性小，在恢复负荷供能过程中将存在电压、频率崩溃的风险。

当前对于微电网、大电网的暂态响应分析已经有了一些相关技术，但主要针对整体系统暂态响应尤其是发电侧稳定控制进行分析，但对于综合能源系统发生负荷波动时的系统动态响应缺乏相关技术，同时目前现有研究多通过园区系统的数学方程或电磁暂态模型对系统暂态响应进行分析，但求解速度较慢，难以用于系统的实时决策。

目前，在大规模电力系统中关于暂态响应评估的方法多基于潮流和系统运行约束，由于大系统惯性充足，主要针对大风险问题，形成大扰动预想事故集，计算暂态响应评估场景的动态安全域与稳定裕度。对于园区级综合能源系统，由于电热气不同系统存在明显差别的时间尺度，热、气系统稳定性主要参考系统能流分布与容量匹配，但电气系统在负荷投切时需要对电压、频率波动进行实时评估。当前对于与综合能源系统存在一定共性的微电网系统稳定评估主要针对系统各变流器及相关设备参数设置来整体提升系统暂态响应特性，广泛应用于微网系统并离网时提高系统暂态响应但并非用于判断负荷接入；同时也有最新专利提出基于扰动后系统轨迹特征根的暂态响应判断方法，但该方法需要较多的先验数据，同时耗时较长，无法实现在线评估。

现有技术中的综合能源系统暂态响应的研究方法主要包括基于系统内模型搭建的时域仿真法、基于状态空间模型的特征值分析法和基于阻抗建模的阻抗分析法。对于时域仿真法，需要将系统内各元器件的模型根据元件间的拓扑关系形成全系统的模型，将系统稳态运行点或者潮流计算的解作为初值，从而得到系统内状态变量和代数量随时间变化的曲线。对于基于状态空间模型的特征值分析法，状态空间模型中逆变器控制方式多是采用传统的下垂控制，也有部分采用改进的下垂控制，但是几乎没有采用V/f控制方式。另外，特征值分析法中，所建立的状态方程多是形如的形式，没有考虑扰动给系统带来的影响，因此也无法评估系统内负荷投切时电压和频率的动态变化。在阻抗分析法中，将源系统和各负载子系统都用输入和输出阻抗来表示，Z_g为源输出阻抗，Z₁为负载输入阻抗,当阻抗比Z_g/Z₁满足奈奎斯特稳定性判据时，可以判断系统是稳定的。

上述现有技术中的综合能源系统暂态响应的研究方法的缺点为：现有微网暂态响应分析主要针对微网系统由并网状态切换到离网状态时系统的暂态响应问题，但缺少考虑故障发生后离网系统惯性较小，在负荷恢复供能过程中，负荷投切可能存在电压频率崩溃的风险。

现有基于时域仿真模型的暂态响应分析法由于计算速度限制，无法应用于实时控制；对于复杂的系统来说，基于扰动轨迹的方法需要大量先验数据，时域仿真法计算量大，仿真时间长，计算速度仍不满足实时性需求。而且需要搭建元件详细的仿真模型，很难做到实时的针对状态变化来评估系统的暂态响应特性。