[发明专利]一种长时间尺度电力系统频率波动仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地，涉及一种长时间尺度电力系统频率波动仿真方法。

背景技术

众所周知，电力系统频率是电能质量的重要指标之一，电网的频率反应了电力系统有功功率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数，与广大用户的电力设备以及发电设备本身的安全和效率有着密切的关系。电力系统的频率偏差，不仅对电能用户和电力系统的设备运行都造成危害，还会影响整个电网的经济性，严重时会造成大面积停电，甚至使整个电力系统瓦解。

随着经济和社会的快速发展，电力需求急剧上升，电网结构越来越复杂，电能质量要求越来越高。另一方面随着新能源发电电力系统的建立，尤其是风电并网运行，对电力系统的运行和调度模式产生了重大影响。风力发电和传统能源发电的最大区别是其一次能源不可控，使得风力发电具有随机波动性和间歇性等特征。传统电力系统通常认为负荷不可控，发电可控，因而可通过调整发电机组的出力来适应负荷变化以保证电力系统频率稳定。随着风电渗透率的逐渐增加，这种控制模式在一些时段，如负荷低谷时段，已难于保证频率稳定。加之我国风能资源和负荷之间的不匹配特点决定了我国风电开发多采用大容量集中开发，远距离输送，集中接入电网的开发模式，对电力系统的频率和联络线功率控制提出了更高的要求。

因此，在传统发电资源调控能力有限的情况下，有必要研究新能源功率波动对电力系统频率的影响进行仿真分析。但是现有还没有任何一种仿真软件是针对电力系统频率分析而专门建立的。目前电力系统仿真软件主要有：⑴邦纳维尔电力局开发的BPA程序和电磁暂态程序EMTP；⑵曼尼托巴高压直流输电研究中心开发的PSCAD/EMTDC程序；⑶德国西门子公司研制的电力系统仿真软件NETOMAC；⑷中国电力科学研究院开发的电力系统分系综合程序PSASP；⑸Math Works公司开发的科学与工程计算软件MATLAB^[1]。主要功能分别是：

BPA程序主要用来计算潮流和暂态稳定。此外，自动发电控制（AGC）与区域联络线功率控制相结合，由若干机组共同承担电力系统或区域功率偏差值，可以使潮流能更快收敛^[2]。PSD-BPA暂态稳定程序主要用于分析电力系统在稳态下受到各种干扰时的电力系统动态行为；

EMTP程序主要用于计算电力系统中电磁暂态过程；

PSCAD/EMTDC软件开发是为了研究高压直流输电电力系统，PSCAD/EMTDC的典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律，此外PSCAD/EMTDC软件广泛应用于高压直流输电、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算。

NETOMAC的主要功能是：潮流计算、电磁暂态计算和机电暂态计算、参数优化、频率响应等；

PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。

总之，EMTP主要用来进行电磁暂态过程数字仿真，PSCAD/EMTDC、NETOMAC主要进行电磁暂态和控制环节的仿真，BPA、PSASP主要进行潮流和机电暂态数字仿真。MATLAB主要进行控制环节的数字仿真研究。但对于频率调节，只能仿真电力系统受到大扰动后的频率暂态响应。在文献[3]中通过自行定义AGC控制模块，利用PSS/E进行频率仿真，来研究控制模式的选择对区域联网频率控制的影响。虽考虑到电力系统中的长期动态过程和频率控制中的部分因素，但仍是为分析电力系统发生故障时应如何控制频率而设计的。因此，对于研究互联电网短期和中长期频率调节，这些软件都不能很好地满足要求。而用MATLAB^[4]建模可以研究互联电网短期和中长期频率控制及相关问题，但是MATLAB仿真时间有限，对于较长时间尺度的负荷变化或者发电机功率变化，不能很好地进行频率仿真分析。参考文献如下：

[1]李广凯，李庚银.电力系统仿真软件综述.电气电子教学学报.2005年6月.

[2]张 艳，毛晓明，陈少华.电力系统计算分析软件包——中国版 BPA.广东工业大学学报.2008年12月.

[3]陈琰，邱家驹，黄志龙，郭佳田.华东与福建联网后频率控制策略的研究. 电网技术.2002年6月.

[4]刘乐，刘娆，李卫东.互联电网频率调节动态仿真电力系统的研制.电网技术.2009年4月.

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在电力系统频率仿真速度慢、电力设备运行安全性差和电网经济性差等缺陷。

发明内容