[发明专利]考虑频率稳定约束的电力系统最小惯量评估方法及系统

说明书

本发明公开了一种考虑频率稳定约束的电力系统最小惯量评估方法及系统。其中，该方法包括：在考虑小扰动频率稳定约束时，基于预设的第一评估规则，确定电力系统的第一最小惯量；在考虑大扰动频率稳定约束时，基于预设的第二评估规则，确定电力系统的第二最小惯量；在同时考虑小扰动频率稳定约束和大扰动频率稳定约束时，基于预设的第三评估规则，确定电力系统的第三最小惯量。通过本发明可评估满足送端、受端电网频率稳定约束的电力系统最小惯量需求，为电力系统运行方式和开机安排提供指导，避免大功率扰动触发第三道防线造成切机/切负荷等风险。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种考虑频率稳定约束的电力系统最小惯量评估方法及系统。

背景技术

作为目前最成熟和最具发展前景的可再生能源，风力发电和光伏发电近年来保持着强劲的发展势头。截至2017年中，我国风电装机达1.54亿千瓦，光伏发电装机达1.02亿千瓦，合计占全国发电装机的比例超过13%。其中，新疆、青海、宁夏、冀北等16个省级电网的新能源已成为第二大装机电源，新疆、青海等四省新能源装机占本地电源总装机比例超过30%。可以预见，不远的未来某些局部电网新能源占比可能达到80%甚至更高，超高占比新能源并网运行将成为未来电源结构的重要特征。

与传统同步系统相比，高比例电力电子电力系统中大规模新能源接入替代了部分同步机组，新能源电力电子解耦特性及其最大功率跟踪模式，使系统惯量水平逐渐相对减小且调频能力相对减弱。加之特高压大容量跨区直流输电投入使用，阻断了扰动下跨区惯量支撑及功率响应，严重恶化大扰动下系统频率稳定性。

系统惯量相对减小使扰动下频率特性发生巨大变化。一方面，惯量减小导致扰动下频率变化率（rate of change of frequency，RoCoF）增大，增大分布式电源脱网风险的同时也威胁着常规机组安全运行。此外，较大RoCoF可能使同步机产生滑极现象，造成内部结构损坏。另一方面，惯量减小使频率最低点进一步降低，触发第三道防线低频减载的可能性增大，严重情况将导致调速系统尚未动作频率已经崩溃，或通过充足一次调频调节也无法使频率恢复。

为使扰动后RoCoF不超过分布式电源防孤岛保护设定值造成其脱网和损坏同步机，并且为一次调频留有足够的调节时间，避免触发第三道防线，高比例电力电子电力系统需要保证一定的惯量水平。针对电力系统惯量逐渐相对减小带来的上述频率问题，国内外已开展惯量评估研究，实时监测系统惯量水平，掌握系统惯量支撑能力，但在电力系统最小惯量评估方面主要依据运行经验及系统仿真获得，缺乏理论支撑。如何考虑频率稳定约束，提出最小惯量评估方法是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的大规模电力电子电源接入导致电力系统惯量逐渐减小，严重威胁电力系统频率稳定的技术问题，本发明提供一种考虑频率稳定约束的电力系统最小惯量评估方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种考虑频率稳定约束的电力系统最小惯量评估方法，包括：

在考虑小扰动频率稳定约束时，基于预设的第一评估规则，确定电力系统的第一最小惯量；

在考虑大扰动频率稳定约束时，基于预设的第二评估规则，确定电力系统的第二最小惯量；

在同时考虑小扰动频率稳定约束和大扰动频率稳定约束时，基于预设的第三评估规则，确定电力系统的第三最小惯量。

可选地，在考虑小扰动频率稳定约束时，基于预设的第一评估规则，确定电力系统的第一最小惯量，包括：

在仅考虑火电调频且不考虑负荷频率调节时，将预先建立的电力系统的频率响应模型进行简化，得到电力系统的频率响应模型的开环传递函数；

确定随着新能源接入电力系统后开环传递函数的根轨迹增益的变化表达式；

根据电力系统的系统参数以及根轨迹增益的变化表达式，确定根轨迹增益的临界稳定值；