[发明专利]一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法

说明书

本发明涉及风电装机容量技术，尤其涉及一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法，对系统常规机组建模，得到反映各物理过程的详细频率响应模型；随后对系统进行等值处理，得到电力系统频率响应SFR单机等值降阶模型；根据风机接入的容量及系统原有容量计算风电占比值，进一步计算风机并网后的系统参数；代入原单机等值降阶模型中，得到风机并网后的电力系统频率响应模型，得出系统频率偏差标幺后的频域表达式，计算出系统频率稳态偏差的表达式。分别考虑系统稳态频率偏差约束边界及角频率变化率约束边界求出风电占比极限值，取两者的较小值，得到实际的风电功率占比极限值。该方法求解步骤简单，降低了计算复杂度，且具有一定的计算普适性。

技术领域

本发明属于风电装机容量技术领域，尤其涉及一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法。

背景技术

由于风能资源和电力需求分布存在明显的不平衡性和区域差异，我国风能资源采取的远距离、大容量的大规模开发模式，导致系统频率控制能力下降，电力系统频率失稳风险增大。风电占比极限值是表征一定技术指标前提下接入系统的最大风机装机容量与系统总发电容量的百分比。当风电容量占比较小时，风电场对整个系统带来的影响并不十分明显；但风电容量占比较大时，风能的波动给电网带来的频率稳定、节点电压波动等问题，将严重危害电力系统的安全稳定运行。因此，有必要研究频率约束下系统接纳新能源的能力，确定系统在正常运行前提下可以接受的最大风电装机容量，即研究考虑频率约束下新能源在系统中的极限占比，进而较为准确地评估大规模风电并网对系统供电质量和可靠性的影响，确定合理的风能装机容量，有利于最大程度地防止过高比例的风电接入对系统带来的波动，确保电力系统的安全稳定运行。目前，风电占比极限值的计算方法主要有两种。一是考虑风速相关性和暂态稳定约束下，将风电接入容量最大作为优化目标进行求解，但该方法求解步骤较为复杂，且忽略了频率稳定约束；二是考虑频率稳定约束条件下，采用动态仿真法，通过预设风电占比值，再根据每次仿真的频率响应偏差不断修正，直到满足频率偏差约束为止，进而得到最终风电占比极限值。该方法虽适配性高，但仍是一种试凑法，结果不具备普遍性，且计算需反复操作。随着风电渗透率持续增加，现有的风电占比极限值研究方法已经难以适应，亟需提出考虑电力系统频率约束的风电占比极限值解析计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑了暂态频率变化率约束及稳态频率偏差约束的边界条件，对风电占比极限值进行具体的解析表达的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法，包括以下步骤：

步骤1、系统常规机组建模：不考虑电力系统频率的时空分布特性时，将系统中电源和负荷集中等值处理，构建火电机组模型、水电机组模型、负荷阻尼调节模型、同步发电机转子动能模型，得到反映各物理过程的详细频率响应模型；

步骤2、简化等值：根据步骤1中构建的详细频率响应模型，将系统中所有机组等值为一台再热式火电机组，并忽略调速器动态响应过程及主进汽容积和汽室时间常数，得到电力系统频率响应SFR单机等值降阶模型，并表示出模型中等值机的惯性时间常数、调差系数、阻尼系数；

步骤3、计算风电接入后系统频率响应特性：根据风机接入的容量及系统原有容量计算风电占比值，基于风电占比值进一步计算风机并网后系统的等值机惯性时间常数、阻尼系数和调速器的调差系数；将各参数代入单机等值降阶模型中，得到风机并网后的电力系统频率响应模型，进而表示出系统频率偏差标幺后的频域表达式；

步骤4、根据系统频率稳态偏差约束计算风电占比极限值：通过终值定理，计算系统频率稳态偏差的表达式；系统稳态频率偏差的边界应为ξ，根据此表达式求解出频率稳态偏差约束下风电占比极限值α₁；

步骤5、根据系统频率变化率约束计算风电占比极限值：设在功率缺额产生的频率扰动初期，频率变化率达到最大值，计算出此时的频率变化率；考虑约束边界的角频率变化率η，反解出受频率变化率约束的风电占比极限值α₂；