[发明专利]基于电网临界惯量的最大风电并网容量计算方法

权利要求书

1.基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：通过电网的日前发电计划信息、以及风电场的风功率预测曲线，计算下一日各时段的电网惯量H(t_j)；

步骤2：根据电网的最大功率缺额和频率跌落最低值要求，求解电网临界惯量H_min，使得电网临界惯量H_min满足当发生最大功率缺额时，频率跌落最低值不超过安全限值；

首先构造多机系统的频率响应模型，不同类型的发电机由不同的高阶系统建模，在调度模型中进行简化,通过最小二乘法将不同类型的发电机拟合为一阶惯性环节，

式中，ΔP_Gi为第i台机组在系统频率变化过程中一次调频增发的功率；K_i为功频静态特性系数的标幺值；T_i为发电机的响应时间常数；Δω(s)为频率偏移的频域形式；s为复频率；

在扰动发生后瞬间，一次调频及负荷调节效应尚未作用，此时系统等效转子摇摆方程为：

式中，Δω为系统频率变化量，ΔP_L为功率缺额，H为系统等效惯性时间常数，M_Δω表示初始频率变化的斜率为常数，t表示发生扰动后的时间；

在瞬态过程中对发电机的输入能够用式(3)来建模，将式(3)中的Δω(t)变成频域形式并代入式(2)中可得：

对式(4)进行拉式反变换变成时域后得：

其中，C_i的表达式为：

当忽略负荷调节效应时，受扰后整个系统动态频率偏差为：

式中，m表示同步发电机的台数；

则频率变化的时域表达式为：

对式(8)进行求导，并令其等于零，从而求出系统最大频率偏差对应的时间：

将式(9)代入式(8)中得系统最大频率偏差为：

将式(10)的标幺值转换为有名值：

式中，f₀表示系统初始频率，f_B表示基准频率，Δω_max为最大频率偏差的标幺值，Δf_max为最大频率偏差的有名值，f_min为电网频率安全最小值；

若已知功率缺额ΔP_L和Δf_max，将式(6)、(9)、(11)三式联立即可求出：

式中，t_min为最大频率偏差对应的时间，m表示同步发电机的台数；

根据式(12)，求解出t_min，由于其已知所以表示为t_min-k，将其代入式(6)求得C_i的值，同样的由于是已知量表达为C_i-k，再将C_i-k和t_min-k代入式(9)得到此时系统惯量为：

步骤3：比较下一日各时段的电网惯量H(t_j)和电网临界惯量H_min大小，筛查小于电网临界惯量H_min的时段；

步骤4：根据电网临界惯量H_min，求解低于电网临界惯量时段内的风电场最大并网容量S_WFmax。

2.根据权利要求1所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法，其特征在于：所述步骤1中，下一日各时段的电网惯量H(t_j)为：

上式中，i表示第i台同步发电机或第i个风电场；H_Gi、S_Gi分别为日前发电计划提供的下一日第j时段内各同步发电机组的惯性时间常数、额定容量，m表示电网中同步发电机的台数；H_WFi、S_WFi分别为日前风电预测信息提供的下一日第j时段内各风电场的惯性时间常数、额定容量，n表示电网中风电场的个数；当风电机组不具备惯性响应能力时，H_WFi＝0。