[发明专利]一种适用于高比例新能源接入下的电力系统惯量计算方法

说明书

本发明提供了一种适用于高比例新能源接入下的电力系统惯量计算方法，通过自适应旋转坐标系将各节点测量所得瞬时电压、瞬时电流统一到统一工频下，进而到多台双馈式风机馈入受端交流系统等效模型，以多台双馈式风机馈入受端交流系统等效模型为基础得到节点阻抗矩阵；基于节点阻抗矩阵，得到虚拟单馈入系统模型；基于虚拟单馈入系统模型，得到频域雅可比矩阵；基于频域雅可比矩阵推导出等效动态功率功角因子；基于等效动态功率功角因子得到动态惯量；动态惯量可以有效的计算多台双馈式风机接入受端交流电网的动态频率稳定且等效动态功率功角因子其临界值明确；PMU装置可测得动态惯量中的实时信息，进而有效保障电网的稳定运行安全。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是适用于高比例新能源接入下的电力系统惯量计算方法。

背景技术

目前，电能作为人类使用最为广泛地二次能源，其在工业现代化进程中扮演着至关重要地角色；但是由于化石能源存在环境污染等问题，逐步制约着社会经济的发展；随着电力电子技术的发展，新能源尤其是风电由于其自身在环境友好、价格低廉等方面的优势，发展新能源已成为一种不可逆的趋势。

由于风能存在不确定性、波动性与随机性等问题，导致风力发电存在明显的波动性与间歇性，难以进行准确的预测与控制，不利于电力系统的稳定运行。同时，随着风力发电机组装机容量的增加，风电在整个电力系统中渗透率逐渐增加，系统的稳定性与潮流的可控性减弱，以风能为代表的可再生能源替代常规火电机组接入系统后，系统的惯量水平下降，同时相关电力电子设备解耦了电网和发电侧，这使得发电机部分的惯量无法传递到电网中，电力系统频率稳定问题突出。在过往的理论研究和工程应用中，通常是采用多馈入短路比指标来计算多风机馈入受端电力系统稳定性；其表达式如下式所示：

上式中，U_Ni是换流母线额定电压；Z_ii是换流母线i处自阻抗；P_dcNi，P_dcNj是第i和第j个双馈式风机馈入换流母线的额定有功功率；MIIF_ji是节点相互作用因子。

但是，上式部分参数为系统额定值，难以有效计算电力系统实际运行过程中的动态稳定。由于风电机组通过电力电子设备接入受端电网，其自身的动态特性，极大地转变了传统以同步机转子为主动的电力系统运行优化和稳定运行。当大量的同步机机组被新能源机组取代之后，电力系统的电压和频率支撑强度下降，高比例新能源系统表现为弱同步电网，系统的各个节点的频率在扰动发生后不再维持统一的工频。传统基于统一频率的电压稳定分析方法不再适用，且难以准确计算高比例新能源系统临界系统稳定。

为了有效解决上述问题，本发明基于等效动态功率功角因子提出动态惯量Ecs。Ecs可以有效的计算多台双馈式风机接入受端交流电网的动态频率稳定，且等效动态功率功角因子其临界值明确，可以给电网运行人员提供有效的指标依据，进而有效保障电网的稳定运行安全。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于传统惯量计算难以有效计算多台双馈式风机馈入弱受端电网动态频率稳定的问题，提出了本发明。

因此，本发明要解决的技术问题在于给出动态惯量的理论临界值，以此通过PMU(称为同步相量测量装置)等测量元件受端可以实时采集系统信息，然后进行计算，可以准确判断该系统的临界频率稳定，为电网运行人员提供指标依据，进而有效确保电网频率稳定。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于高比例新能源接入下的电力系统惯量计算方法，包括，

通过自适应旋转坐标系将各节点测量所得瞬时电压和瞬时电流统一到统一工频下，获得多台双馈式风机馈入受端交流系统等效模型；