CN112329241B - 一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，首先获取系统发生扰动时的数据，基于转子运动方程原理获得系统总惯量；根据系统机组开机情况确定同步机组提供的惯量，并根据所述系统总惯量和同步机组提供的惯量计算获得负荷惯量；根据系统多次扰动计算得到的负荷惯量，建立负荷惯量与负荷大小之间的关系；获取当前系统的运行方式，得到当前系统运行情况下同步机组提供的惯量和负荷惯量，进而计算获得当前系统的总惯量。上述方法能合理建立负荷大小与负荷惯量之间的关系，计及负荷因素对系统惯量的影响，从而对系统惯量进行更准确的评估。

Description

一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法

技术领域

本发明涉及电力系统惯量技术领域，尤其涉及一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法。

背景技术

系统的惯量水平体现了系统在出现功率扰动时抑制频率变化的能力，常以惯性时间常数来表示，系统中具有旋转动能的同步发电机组、负荷等可以提供惯量响应，系统中光伏和风电等通过逆变器并网，无法响应系统频率变化，随着新能源发电形式渗透率的不断提高，系统中同步发电机组被大量取代，电网的惯性时间常数下降，维持频率稳定的能力降低。因此有必要评估系统惯量，对研究系统的频率动态特性、新能源并网作出指导。

评估系统惯量，即确定系统的惯性时间常数，现有技术中评估系统惯量的方案主要计及同步发电机组的贡献，而忽略了负荷的影响，随着系统中同步机组被大量取代，负荷为系统提供的惯量不可忽视，因此有必要计及负荷惯量，对系统惯量进行评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，该方法能合理建立负荷大小与负荷惯量之间的关系，计及负荷因素对系统惯量的影响，从而对系统惯量进行更准确的评估。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，所述方法包括：

步骤1、获取系统发生扰动时的数据，基于转子运动方程原理获得系统总惯量；

步骤2、根据系统机组开机情况确定同步机组提供的惯量，并根据所述系统总惯量和同步机组提供的惯量计算获得负荷惯量；

步骤3、根据系统多次扰动计算得到的负荷惯量，建立负荷惯量与负荷大小之间的关系；

步骤4、获取当前系统的运行方式，得到当前系统运行情况下同步机组提供的惯量和负荷惯量，进而计算获得当前系统的总惯量。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能合理建立负荷大小与负荷惯量之间的关系，计及负荷因素对系统惯量的影响，从而对系统惯量进行更准确的评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述负荷惯量与负荷大小之间的关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、获取系统发生扰动时的数据，基于转子运动方程原理获得系统总惯量；

在该步骤中，系统发生扰动时的数据包括扰动功率ΔP、频率f、机组开机方式、系统负荷大小P_load。系统扰动发生后，频率变化率取决于扰动大小和惯量水平，可通过扰动数据计算系统惯量，具体来说：

当系统发生扰动，出现功率不平衡时，系统中具有旋转动能的部件会释放需旋转动能，系统频率发生变化，满足如下关系式：

式中，H_sys为系统等效惯性时间常数，即系统总惯量；f_COI为系统等效惯性中心频率；ΔP为系统功率不平衡量；

系统等效惯性中心频率f_COI的计算公式如下：

式中，p为发电机台数；H_gi，f_i分别为发电机i的惯性时间常数和机端频率，且i＝0,1,2……p；

因此系统等效惯性时间常数H_sys按下式进行计算：

步骤2、根据系统机组开机情况确定同步机组提供的惯量，并根据所述系统总惯量和同步机组提供的惯量计算获得负荷惯量；

在该步骤中，所述系统总惯量由两部分组成，由下式来表示：

H_sys＝H_g+H_D (4)

其中，H_g，H_D分别为系统同步机组提供的惯量和负荷惯量；

所述同步机组提供的惯量H_g由同步机组惯量加权得到，采用下式进行计算：

式中，n，m分别为同步机组、新能源机组数量；H_i为发电机i的惯性时间常数，S_i,S_j分别为同步机组、新能源机组容量；

根据公式(4)和(5)得到负荷惯量，表示为：

H_D＝H_sys-H_g (6)。

步骤3、根据系统多次扰动计算得到的负荷惯量，建立负荷惯量与负荷大小之间的关系；

在该步骤中，当系统中负荷增大时，其提供的惯量也会增大，因此根据系统多次扰动计算得到的负荷惯量，就可以建立负荷惯量与负荷大小之间的关系，如图2所示为本发明实施例所述负荷惯量与负荷大小之间的关系曲线示意图，负荷惯量与负荷大小之间的关系表示为：

H_D＝f(P_load) (7)

其中，f表示负荷惯量与负荷大小之间的函数关系；P_load为系统负荷大小；H_D为负荷惯量。

根据以上建立的负荷惯量与负荷大小之间的关系(7)，就可以由当前系统的运行方式中负荷功率的大小，计算得到当前的负荷惯量。

步骤4、获取当前系统的运行方式，得到当前系统运行情况下同步机组提供的惯量和负荷惯量，进而计算获得当前系统的总惯量。

在该步骤中，首先获取当前系统的运行方式(包括机组开机方式和系统负荷大小)，采用如下公式(5)计算得到同步机组提供的惯量H_g；

然后采用如下公式(7)计算得到当前系统负荷大小下的负荷惯量H_D；

H_D＝f(P_load) (7)

再采用如下公式(4)计算获得当前系统的总惯量H_sys；

H_sys＝H_g+H_D (4)。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述方法计及了负荷对系统的惯量影响，在新能源高渗透系统中能更准确地评估系统惯量，为系统地频率特性研究、频率控制措施制定提供参考。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、获取系统发生扰动时的数据，基于转子运动方程原理获得系统总惯量；

在步骤1中，当系统发生扰动，出现功率不平衡时，系统中具有旋转动能的部件会释放需旋转动能，系统频率发生变化，满足如下关系式：

式中，H_sys为系统等效惯性时间常数，即系统总惯量；f_COI为系统等效惯性中心频率；ΔP为系统功率不平衡量；

系统等效惯性中心频率f_COI的计算公式如下：

式中，p为发电机台数；H_gi，f_i分别为发电机i的惯性时间常数和机端频率，且i＝0,1,2……p；

因此系统等效惯性时间常数H_sys按下式进行计算：

步骤2、根据系统机组开机情况确定同步机组提供的惯量，并根据所述系统总惯量和同步机组提供的惯量计算获得负荷惯量；

在步骤2中，所述系统总惯量由两部分组成，由下式来表示：

H_sys＝H_g+H_D(4)

其中，H_g，H_D分别为系统同步机组提供的惯量和负荷惯量；

所述同步机组提供的惯量H_g由同步机组惯量加权得到，采用下式进行计算：

式中，n，m分别为同步机组、新能源机组数量；H_i为发电机i的惯性时间常数，S_i,S_j分别为同步机组、新能源机组容量；

根据公式(4)和(5)得到负荷惯量，表示为：

H_D＝H_sys-H_g (6)；

步骤3、根据系统多次扰动计算得到的负荷惯量，建立负荷惯量与负荷大小之间的关系；

步骤4、获取当前系统的运行方式，得到当前系统运行情况下同步机组提供的惯量和负荷惯量，进而计算获得当前系统的总惯量。

2.根据权利要求1所述计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，其特征在于，在步骤3中，负荷惯量与负荷大小之间的关系表示为：

H_D＝f(P_load) (7)

其中，f表示负荷惯量与负荷大小之间的函数关系；P_load为系统负荷大小；H_D为负荷惯量。

3.根据权利要求1所述计及负荷惯量的电力系统惯量评估方法，其特征在于，所述步骤4的过程具体为：

获取当前系统的运行方式，采用如下公式(5)计算得到同步机组提供的惯量H_g；

然后采用如下公式(7)计算得到当前系统负荷大小下的负荷惯量H_D；

H_D＝f(P_load) (7)

再采用如下公式(4)计算获得当前系统的总惯量H_sys；

H_sys＝H_g+H_D(4)。

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