[发明专利]一种基于功率谱密度的电力系统等效惯量评估方法

说明书

一种基于功率谱密度的电力系统等效惯量评估方法，首先在未发生大扰动的情况下测量电力系统的频率波动，得到其频率波动数据序列，然后根据频率波动数据序列计算得到不同振荡频率下频率波动数据序列的功率谱密度，再根据不同振荡频率下频率波动数据序列的功率谱密度和公式一计算得到电力系统等效惯量。该方法具备在线监控电力系统等效惯量的能力，不仅无需考虑电力系统在大扰动情况下的频率响应特性，不受外部条件制约，而且通过对系统综合等值惯量进行评估，其评估结果准确可靠，更能准确反映系统综合惯量效应能力，还对监测数据需求较少，无需复杂计算，实施难度低和成本低。

技术领域

本发明属于电力系统在线监测技术领域，具体涉及一种基于功率谱密度的电力系统等效惯量评估方法。

背景技术

随着绿色、低碳、可持续发展理念日益融入社会经济发展，新能源将逐步成为满足电力增长需求的主导电源。然而，通过电力电子装置并网的新能源机组缺乏如常规同步发电机组的惯量响应能力，尤其在局部新能源机组渗透率过高时电力系统惯量响应能力降低，容易引发电网频率安全事故。因此，对电网等效惯量进行动态评估，进而对系统频率失稳风险进行预警，对保障电网安全稳定运行具有重要意义。

目前电力系统等效惯量评估方法存在以下问题：

1、王玎，袁小明.异步电机机电时间尺度有效惯量评估及其对可再生能源并网系统频率动态的影响[J].中国电机工程学报，2018，38(24)：7258-7266、刘方蕾，毕天姝，闫家铭，等.基于PMU同步测量的分区惯量估计方法[J].华北电力大学学报，2020，47(03)：19-26提出根据大扰动前后电力系统频率和功率等数据进行惯量响应，然而该方法需要监测到电力系统发生大扰动，在电网实际运行过程中，发生引起频率明显变化的大扰动事件次数较少，难以对两次大扰动期间的惯量进行评估。

2、陈志杰，杨德友，赵芳琦.随机数据驱动下的两区域系统惯量估计[J].东北电力大学学报，2020，40(04)：48-54提出根据电网实时运行过程中表现出来的频率变化情况，通过参数辨识、机器学习等方法实现系统惯量的评估，然而该方法需要在已知系统惯量基础上进行迭代计算，对历史监测数据的需求量较大，且难以考虑非同步发电机带来的惯量作用。

3、赵波，章德，胡柳君，等.基于机电扰动传播特性的电网惯量分布辨识方法[J].电力建设，2020，41(08)：25-31提出通过系统振荡模态与惯量之间的关联关系实现系统惯量评估，然而系统振荡频率还受到系统惯量其他因素影响，该方法的评估结果准确性难以得到可靠保障。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种不受外部条件制约、对监测数据需求较小、评估结果准确可靠的基于功率谱密度的电力系统等效惯量评估方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于功率谱密度的电力系统等效惯量评估方法，所述评估方法依次包括以下步骤：

步骤A、先在未发生大扰动的情况下测量电力系统的频率波动，得到其频率波动数据序列，然后根据频率波动数据序列计算得到不同振荡频率下频率波动数据序列的功率谱密度；

步骤B、根据不同振荡频率下频率波动数据序列的功率谱密度和公式一计算得到电力系统等效惯量，所述公式一为：

上式中，为频率波动数据序列的功率谱密度，K为随机噪声的功率谱密度，H为基准容量下的电力系统等效惯量系数，f为振荡频率，D为基准容量下的频率阻尼系数。

所述步骤B依次包括以下步骤：

步骤B1、根据不同振荡频率下频率波动数据序列的功率谱密度和公式一，将电力系统等效惯量评估转换为以下数学模型：