一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法

1.本发明涉及风电、光伏等新能源并网发电系统技术领域，特别是一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法。

背景技术：

2.随着风电、光伏等新能源的大规模开发利用，电网电源侧结构正在发生深刻变化，由传统的单一同步机组电压源特性逐渐转变为电力电子电流源特性，这一特性在新能源并网发电占比较高的情况下尤为突出。因此，高占比新能源大规模并网发电运行将重塑电网电源结构，改变电网转动惯量特性，造成电网转动惯量的实时估计愈发困难。
3.传统电网同步机组转动惯量的能量来源是发电机组转子动能，因此对于单一同步机组的电网结构而言，其转动惯量的实时估计较为容易。随着风电、光伏等新能源大规模经电力电子装置并网接入，大量同步机组被替代，转子动能减小，系统转动惯量减小，造成系统抵抗功率扰动、故障等复杂工况下的有功频率暂态特性变差，系统潜在频率风险加大，系统频率失稳问题日益显著。因此，针对风光火打捆外送系统，其转动惯量实时估计问题的重要性尤为重要。
4.对于风光火打捆外送系统，实时转动惯量估计对于评估新能源发电系统的转动惯量安全性尤为重要，因此有必要解决电网电源结构重塑后新能源系统的转动惯量实时估计问题。

技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，能够根据风光火打捆外送系统的复杂特性对新能源发电系统的转动惯量进行参数估计，从而实现新能源发电系统的转动惯量实时估计，并提高了整体系统的转动惯量实时感知预警能力，使得新能源发电系统具有较强的频率安全裕度。
6.为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
7.一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，包括以下步骤：
8.s1、确定当前时段内电网负荷变动下的小功率缺额，即造成电网有功功率不平衡的功率缺额；
9.s2、在当前时段下，该有功功率不平衡缺额值会引发系统频率的变动，采集这一时段下的暂态频率响应数据；
10.s3、构建风光火打捆外送系统转动惯量的精细化计算模型，保持相同的边界条件，选取不同的转动惯量值，对暂态频率响应数据进行拟合，对当前时段的系统实时惯量进行参数估计；
11.s4、根据暂态频率响应数据拟合的精确度，得到当前时段下系统转动惯量的估计值，从而能够对系统当前时段的转动惯量安全性进行评估。
12.进一步地，所述步骤s1中所述小功率缺额为风光火打捆外送系统某一时段内发电
侧与用电侧的有功功率不平衡差值。
13.进一步地，所述步骤s3中构建的风光火打捆外送系统转动惯量的精细化计算模型的计算公式为：
[0014][0015]
其中，j为电网转动惯量，δf(t)为频率变化，d为新能源机组阻尼系数，d
dg
为新能源机组出力水平，为调频机组输出功率变化，δp
loss
为电网故障瞬间负荷功率缺额。
[0016]
进一步地，所述步骤s1中电网有功功率不平衡的功率缺额的计算公式为：
[0017][0018]
其中，n为当前时段内有功功率缺额的设备数量，δp
iloss
为当前时段内第i(i＝1,2
…
,n)个设备的有功功率缺额值。
[0019]
与现有技术相比，本发明采用基于小功率扰动的转动惯量实时估计方法，对新能源发电系统进行转动惯量参数辨识，以此来分析系统的实时转动惯量并为系统的转动惯量安全评估提供理论依据；基于小功率扰动的转动惯量实时估计方法具有操作性强、工程适用性高、物理概念清晰、能够反映风光火打捆外送系统的转动惯量特性等优势，因此在工程实践中具有极强的实用性，可以应用于风光火打捆外送系统的转动惯量安全性评估。
附图说明
[0020]
图1为本发明一种实施方式的风光火打捆外送系统示意图。
[0021]
图2为本发明一种实施方式的风光火打捆外送系统实时转动惯量估计流程图。
[0022]
图3为本发明一种实施方式的功率缺额大于0时实测暂态数据与模型参数估计方法数据对比图。
[0023]
图4为本发明一种实施方式的功率缺额小于0时实测暂态数据与模型参数估计方法数据对比图。
具体实施方式
[0024]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
[0025]
如图1所示，为一种风光火打捆外送系统示意图，由风电场站、火电厂、光伏电站和风光火汇集外送系统组成。随着风电、光伏等新能源大规模经电力电子装置并网接入，大量同步机组被替代，转子动能减小，系统转动惯量减小，造成系统抵抗功率扰动、故障等复杂工况下的有功频率暂态特性变差，系统潜在频率风险加大，系统频率失稳问题日益显著。因此，针对风光火打捆外送系统，其转动惯量实时估计问题的重要性尤为重要。基于此，如图2所示，本实施例提供了一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，具体步骤如下：
[0026]
步骤1，确定当前时段内电网负荷变动下的小功率缺额，即造成电网有功功率不平衡的功率缺额：
[0027][0028]
其中，n为当前时段内有功功率缺额的设备数量，δp
iloss
为当前时段内第i(i＝1,2
…
,n)个设备的有功功率缺额值。
[0029]
步骤2，在当前时段下，该有功功率不平衡缺额值会引发系统频率的变动，采集这一时段下的暂态频率响应数据；
[0030]
步骤3，基于精细化数学模型，保持相同的边界条件，选取不同的转动惯量值，对暂态频率响应数据进行拟合，对当前时段的系统实时转动惯量进行参数估计。
[0031][0032]
其中，j为电网转动惯量，δf(t)为频率变化，d为新能源机组阻尼系数，d
dg
为新能源机组出力水平，为调频机组输出功率变化，δp
loss
为电网故障瞬间负荷功率缺额。
[0033]
步骤4，根据暂态频率响应数据拟合的精确度，得到当前时段下系统转动惯量的估计值，从而能够对系统当前时段的转动惯量安全性进行评估。
[0034]
本实施例构建了风光火打捆外送系统转动惯量的精细化计算模型，对系统的转动惯量进行特性分析，发现，转动惯量模型具有易于重塑的特点：通过改变精细化数学模型的初始转动惯量值，就能够在一定程度上改变系统的暂态频率响应曲线，从而可以对风光火打捆外送系统转动惯量进行参数估计，并为系统提供评估转动惯量安全性的依据，在较大范围内实现系统的频率稳定。因此，本实施例在该转动惯量精细化数学模型的基础上，利用参数估计理论进行风光火打捆外送系统转动惯量实时估计。
[0035]
图3为本发明一实施例功率缺额大于0时实测暂态数据与模型参数估计方法数据对比图。从图3中可以看出，在当前时段下，当风光火打捆外送系统突增负荷时，发电侧未能及时跟上负荷侧突增负荷变化，导致发电侧与用电侧供需短时失衡，为平衡这一有功缺额，系统频率被动跌落，之后调频机组动作，将系统频率反调至额定值附近。由图可知，系统实测数据与精细化模型得到的暂态频率数据基本保持一致，可以将当前暂态频率响应下转动惯量精细化模型中对应的转动惯量值作为系统实测数据下的转动惯量估计值，即将j＝157va
·
s作为当前时段内系统转动惯量的参数估计值，用以评估当前系统转动惯量安全性。
[0036]
图4为本发明一实施例功率缺额小于0时实测暂态数据与模型参数估计方法数据对比图。从图4中可以看出，在当前时段下，当风光火打捆外送系统突减负荷时，发电侧未能及时跟上负荷侧突减负荷变化，导致发电侧与用电侧供需短时失衡，为平衡这一有功缺额，系统频率被动上升，之后调频机组动作，将系统频率反调至额定值附近。由图可知，系统实测数据与精细化模型得到的暂态频率数据基本保持一致，可以将当前暂态频率响应下转动惯量精细化模型中对应的转动惯量值作为系统实测数据下的转动惯量估计值，即将j＝157va
·
s作为当前时段内系统转动惯量的参数估计值，用以评估当前系统转动惯量安全性。
[0037]
综上所述，本发明根据电网负荷变动而形成的小功率缺额，对新能源发电系统进行转动惯量参数辨识，得到系统的转动惯量估计值，该估计值能够反映新能源发电系统的
转动惯量安全特性，作为评估系统转动惯量安全性的依据与参考，为协调新能源的并网消纳与电网安全提供基础。实现了风光火打捆外送系统在负荷变动下的转动惯量安全性评估，保证了系统拥有较强的暂态频率稳定运行裕度，解决了风光火打捆外送系统转动惯量不足而引发的频率失稳问题。
[0038]
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、确定当前时段内电网负荷变动下的小功率缺额，即造成电网有功功率不平衡的功率缺额；s2、在当前时段下，该有功功率不平衡缺额值会引发系统频率的变动，采集这一时段下的暂态频率响应数据；s3、构建风光火打捆外送系统转动惯量的精细化计算模型，保持相同的边界条件，选取不同的转动惯量值，对暂态频率响应数据进行拟合，对当前时段的系统实时惯量进行参数估计；s4、根据暂态频率响应数据拟合的精确度，得到当前时段下系统转动惯量的估计值，从而能够对系统当前时段的转动惯量安全性进行评估。2.根据权利要求1所述的风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，其特征在于，所述步骤s1中所述小功率缺额为风光火打捆外送系统某一时段内发电侧与用电侧的有功功率不平衡差值。3.根据权利要求1所述的风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，其特征在于，所述步骤s3中构建的风光火打捆外送系统转动惯量的精细化计算模型的计算公式为：其中，j为电网转动惯量，
△
f(t)为频率变化，d为新能源机组阻尼系数，d
dg
为新能源机组出力水平，为调频机组输出功率变化，
△
p
loss
为电网故障瞬间负荷功率缺额。4.根据权利要求2所述的风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，其特征在于，所述步骤s1中电网有功功率不平衡的功率缺额的计算公式为：其中，n为当前时段内有功功率缺额的设备数量，为当前时段内第i(i＝1,2
…
,n)个设备的有功功率缺额值。

技术总结

本发明属于风电、光伏等新能源并网发电系统技术领域，具体公开了一种风光火打捆外送系统的实时转动惯量安全性评估方法，采用基于小功率扰动的转动惯量实时估计方法，对新能源发电系统进行转动惯量参数辨识，以此来分析系统的实时转动惯量并为系统的转动惯量安全评估提供理论依据；基于小功率扰动的转动惯量实时估计方法具有操作性强、工程适用性高、物理概念清晰、能够反映风光火打捆外送系统的转动惯量特性等优势，因此在工程实践中具有极强的实用性，可以应用于风光火打捆外送系统的转动惯量安全性评估。量安全性评估。量安全性评估。