[发明专利]一种新能源并网电力系统惯量需求量化方法

说明书

本发明涉及一种新能源并网电力系统惯量需求量化方法，属于新型电力系统领域。本发明提出了一种新能源并网电力系统惯量需求量化方法，该方法能够综合考虑调频能力、新能源并网容量和不同类型的功率扰动对系统惯量需求的影响，从而提高了量化的准确性、方法的适用性、系统的稳定性和可靠性。该方法可以适用于风电新能源并网电力系统，具有一定的通用性和适用性。实施本发明的量化方法可以使系统规划者更好地评估新能源发电设备并网的影响，从而合理安排新能源发电设备的规模和比例，提高新能源的利用率。

技术领域

本发明涉及一种新能源并网电力系统惯量需求量化方法，属于新型电力系统领域。

背景技术

惯性是传统电力系统同步发电机所具备的一种固有的物理概念，惯性在电力系统当中表征为抵御电力系统频率波动的一种能力。现代电力系统新能源电源将要占据主体地位，其总体呈现低惯量系统特征，传统电力系统同步电源较多，惯量资源充足，当电力系统受到扰动时，出现大量不平衡功率，系统的同步发电机通过调节发电机转子加速或减速来吸收电网不平衡功率，阻碍电网频率在短时间内由于不平衡功率的迅速跌落或上升。然而，随着大量的风电、光伏和储能通过电力电子器件与电网相连，在电力系统的发电侧不断提高新能源渗透率，新能源发电机组逐渐替代了传统的同步电机，整个电力系统中的旋转元件急剧减少，新能源发电机组又通过电力电子器件接入电网，致使电力系统惯量水平大幅度下降。如风力发电机组通过电力电子器件接入电网，风机换流器使得风力发电机转子和电网频率完全解耦，在工频运行和系统频率波动时，风机基于最大功率点追踪（maximumpower point tracking，MPPT）的电力电子控制方式下对电网输出有功功率，风机有功功率则不会依据系统频率变化进行响应，失去了惯量响应过程，缺少对电网频率波动的抵御能力。电力系统惯量需求量化是研究高比例新能源电力系统抗扰能力的重要内容。然而，现有技术中，惯量需求量化方法存在一些不足。一方面，现有的惯量需求量化方法只考虑了系统应对严重功率缺失情况下的最小惯量需求，忽略了系统在正常运行时的惯量需求变化以及不同类型的功率扰动对系统惯量需求的影响。另一方面，基于等效惯量在线评估和极限最小惯性量化计算的惯性量化评估方法以及基于功率缺额概率分布的最小惯量需求计算方法，这些方法缺乏具体的计算方法和算例验证，也没有充分考虑到系统惯量需求与调频能力、新能源并网容量、其他系统约束和目标函数等因素的关联性和协调性。因此，如何提出更科学合理的惯量需求量化方法，是一个亟待解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种新能源并网电力系统惯量需求量化方法。包括以下步骤：

Step1：根据电力系统对同步发电机惯量的定义，得到同步发电机系统惯量常数，并得到没有风电机组接入时，含台同步发电机系统总惯量，类比得到风力发电系统的广义等效惯量常数；

Step2：根据同步发电机转子运动方程，得到发电机的惯量常数，将Step1中得到的类比进行推导；

Step3：联合Step1中没有风电机组接入时，台同步发电机系统总惯量，以及Step2中进一步推导的风力发电系统的广义惯量常数，获取当k台风电机组接入时，含台同步发电机系统的系统总惯量常数；

具体过程如下：

参照电力系统对同步发电机惯量的定义，使用来表征某台同步发电机的惯量，由此可得出系统惯量常数与同步发电机转动惯量关系：

式中，为同步发电机对扰动后的系统惯量贡献值，转子转速为，为发电机额定功率；

式中，为系统阻尼系数，为发电机转子受扰前后的同步角速度之差，为系统的阻尼功率，为系统额定频率，为受扰动前后的频率变化量。

含台同步发电机系统总惯量为：

式中，为系统中第台同步发电机的额定容量；

类比上式，得到；