[发明专利]多机系统频率响应的等效方法及装置

说明书

本发明公开了一种多机系统频率响应的等效方法及装置，该方法包括：联立交流网络有功潮流方程、同步机摇摆方程和同步机调速器动态方程，确定多机系统的频率与功率扰动之间的传递函数，其中，交流网络有功潮流方程中的电力电子装备节点和负荷节点已消去；将消去电力电子装备节点和负荷节点后的压缩电纳矩阵的零特征值和对应的特征向量，代入多机系统的频率与功率扰动之间的传递函数，确定多机系统频率共模分量，将多机系统频率共模分量通过单机系统的频率与功率扰动之间的传递函数等效表征，本发明实现了基于频率共模分量的多机系统频率响应特性的定量分析，降低了频率响应特性分析的复杂度。

技术领域

本发明涉及同步机频率响应分析技术领域，尤其涉及一种多机系统频率响应的等效方法及装置。

背景技术

随着新能源的大规模并网，电力电子装备在现代电力系统中渗透率越来越高。不同于同步机的是，新能源一般通过电力电子装备并网，在传统的控制结构下一般不响应电网频率变化也不提供惯量，进而导致电网的调频能力下降。例如，目前风机和光伏主要运行于最大功率点跟踪模式而不响应电网的频率波动，这导致有功扰动下电网可能有较低的频率低点及较大的频率变化率，并引起系统保护动作。频率低点过低时还可能触发低频减载，严重时甚至会造成系统解列。

针对上述问题，系统受扰后频率响应的特征受到了广泛的关注。学术界和工业界主要关注两个指标，即频率变化率和频率最大偏移量，以防止系统低频/高频保护动作。

频率变化率问题，因为惯量和零时刻的频率变化率存在简单的解析式，故通常是用惯量来表征。然而，若系统中有大量提供频率阻尼的设备(如新能源、储能等快速的一次调频)，频率变化率将在扰动后快速变小，零时刻的变化率并不能较好反映受扰后频率轨迹的变化趋势。因此，在新能源高占比的系统中，仅依靠惯量不能很好地反映频率零时刻开始的一小段时间内的变化规律。

频率最大偏移问题，由于系统动态非常复杂(高阶强耦合的多机系统)，导致实际很难将频率最大偏移点解析出来，给定量化频率最低点带来较大的挑战。为此，众多学者采用近似模型估计出频率最低点，然而近似模型阶数仍然较多，难以进行定量分析。

针对电力电子装备调频能力不足的问题，国内外学者开展了大量研究，并相应地提出了下垂控制(一次调频)和虚拟惯量等调频方法。针对下垂控制，有文献指出了新能源一次调频的重要性，提出了根据新能源所在电网送端、受端位置和分类来进行一次调频参数设置。针对虚拟惯量，学术界提出了一种虚拟同步控制策略，可在为系统提供惯性、阻尼的同时实现微电网不同运行模式的无缝切换，并介绍了虚拟同步发电机的并网稳定、故障穿越等并网适应性问题，总结梳理了已有研究成果和局限性。考虑到两种调频方法的差异，有学者对虚拟同步控制及下垂控制进行了对比分析，指出下垂控制中的延时可为系统提供惯性，并据此提出一种改进的下垂控制。

但是，现有的下垂控制、虚拟惯量等调频策略本质上都是在频率波动时提供额外的有功功率来改善系统的频率特性，并未对频率响应特性进行定量分析。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种多机系统频率响应的等效方法，用于对频率响应特性进行定量分析，降低频率响应特性分析的复杂度，该方法包括：

联立交流网络有功潮流方程、同步机摇摆方程和同步机调速器动态方程，确定多机系统的频率与功率扰动之间的传递函数，其中，交流网络有功潮流方程中的电力电子装备节点和负荷节点已消去；

将消去电力电子装备节点和负荷节点后的压缩电纳矩阵的零特征值和对应的特征向量，代入多机系统的频率与功率扰动之间的传递函数，确定多机系统频率共模分量；

将多机系统频率共模分量通过单机系统的频率与功率扰动之间的传递函数等效表征。

本发明实施例提供一种多机系统频率响应的等效装置，用于对频率响应特性进行定量分析，降低频率响应特性分析的复杂度，该装置包括：