一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法

本发明属于新能源惯量响应，特别是一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法。

背景技术：

1、风电、光伏等新能源的大规模接入已成为未来电力系统发展的必然趋势，但弱/无惯量支撑能力的新能源大规模接入给电力系统安全运行带来了严峻挑战。当发生大扰动事件时，系统对频率变化率(rate ofchange offrequency,rocof)的抑制能力变弱，易触发低频减载动作，导致大断电事故风险增加。为解决系统惯量低这一问题，欧盟、英国和澳洲均在其并网规程中对新能源惯量响应能力提出了新的要求。而中国在2021年已将转动惯量纳入了电力辅助服务，这表明未来新能源惯量响应的市场前景广阔。

2、在此背景下，惯量响应的测试评估显得愈发重要。中国国家电网利用装置模拟爬坡速率为±0.5hz/s的电网频率，进而对新能源虚拟同步机进行惯量响应测试，并对响应时间作出了不大于500ms的要求；不同于利用装置模拟电网侧频率，英国提出的新能源惯量响应测试将不同爬坡速率(±1hz/s和±2hz/s)的虚拟频率信号直接注入到虚拟同步控制器中，通过分析输出功率变化情况来实现惯量响应测试。上述方法虽提出了惯量响应测试的基本思路，但模拟或注入频率信号的rocof较为单一，没有全面测试新能源在不同rocof下的惯量响应能力，且未充分考虑rocof的保护限制要求(如英国为0.2hz/s，爱尔兰和拉脱维亚为0.4hz/s，塞浦路斯为0.6hz/s)、缺少对测试信号的详细设定。

3、上述惯量响应测试聚焦在惯量功率响应性能，缺乏对新能源模拟惯量数值的定量评估。在惯量评估方面，传统方法利用系统扰动时的有功功率和频率数据，基于同步机转子运动方程对惯量进行离线评估，但评估效果依赖于扰动发生初始时刻的准确定位。在此基础上，有方法利用滑动窗口对功率和频率数据进行处理，以提高扰动时刻的定位准确度，但滑动步长和窗长需根据经验手动设定，易对评估结果准确性产生不利影响。除此之外，还有以功率为输入量、频率为输出量，建立自回归滑动平均模型，通过系统辨识实现惯量评估的方法，但是辨识结果依赖于模型的建模阶次。总体而言，上述方法主要聚焦在扰动发生时刻的惯量计算，而基于时刻的惯量结果无法对测试全过程的惯量响应进行准确表征。但中国国家电网指出惯量响应测试需对测试时间段内(而非时刻)对应功率变化进行分析，对其惯量评估亦需要考虑测试全过程，而非采用某一时刻的惯量值。通过对受控制回归模型进行辨识并将结果转化为连续传递函数，通过冲击响应结果能够实现惯量的连续评估，但仍存在模型阶次对结果影响较大的问题。

4、综上，亟需一种适用于新能源惯量响应测试全过程的惯量精确评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法。

2、一种基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

3、步骤1，关闭新能源发电设备除惯量响应功能外其他的辅助服务；

4、步骤2，根据电力系统所允许的最大频率变化范围和频率变化率，设定含有不同rocof的测试频率信号；

5、步骤3，通过电网模拟器模拟步骤2得到的测试频率信号，采集并网点处的有功功率和频率信息，对测试以及惯量响应的起止时间进行判断，并计算惯量响应延时时间；

6、步骤4，基于步骤3的惯量响应延时时间对有功功率数据进行延时补偿，通过离散化的同步机摇摆方程实现测试过程中等效惯量的连续辨识，取不同rocof下连续辨识结果的平均值进行评估。

7、而且，所述步骤2根据电力系统所允许的最大频率变化范围和频率变化率，设定含有不同rocof的测试频率信号的方法为：

8、步骤2.1，以并网规程和rocof继电器动作为依据，明确系统允许的最大频率变化范围和频率变化率；

9、步骤2.2，设定测试组数，基于步骤2.1确定的最大频率变化范围的上下限，求得测试rocof的变化步长，表达如下：

10、

11、式中：δrocof为测试rocof的变化步长；rocofmax、rocofmin分别为rocof反孤岛保护约束最大、最小阈值，n为测试rocof组数；

12、步骤2.3，基于步骤2.2得到的测试rocof的变化步长δrocof确定所有测试rocof数值rocofn，每个rocofn分别进行下爬坡(50hz以下)，上爬坡(50hz以下)，上爬坡(50hz以上)，下爬坡(50hz以上)4组测试，得到最终的测试频率信号，rocofn确定方式如下：

13、rocofn＝rocofmin+(n-1)δrocof

14、式中：rocofn(n＝1,…,n)为所有测试rocof数值。

15、而且，所述步骤3通过电网模拟器模拟步骤2得到的测试频率信号，采集并网点处的有功功率和频率信息，对测试以及惯量响应的起止时间进行判断，并计算惯量响应延时的方法为：

16、步骤3.1，通过电网模拟器模拟第二步得到的测试频率信号，采集并网点处的有功功率和频率信息，并对并网点处的有功功率和频率信息进行滤除直流分量、低通滤波平滑数据和标幺值转化数据预处理以消除测量数据夹杂噪声，同时确定每组测试时新能源的稳态初始功率，每组测试时新能源的稳态初始功率的计算式如下：

17、

18、式中：p0n,m为rocofn第m组爬坡测试时，稳态新能源初始功率；ts为功率取样时间；t为单次采样时间间隔；ts/t为取样时间段内数据采样点个数；tsn,m为rocofn第m组爬坡测试开始时刻；p(t)为t时刻采样功率数值；

19、步骤3.2，根据3.1预处理后的数据，判断每组测试的起止时间，方法如下：

20、

21、式中：tbn,m、tfn,m分别为rocofn第m组测试的实际起止时刻；q(q＝0,1,…,q)为设定满足条件采样间隔数，q为避免采集数据的偶然误差、提高评估的抗干扰能力的连续次数设定；k1、k2分别为频率变化灵敏系数,k1越小，k2越大，则tbn,m、tfn,m对频率变化灵敏度越高(本实施例中，k1取0.3，k2取0.7)；f0为电网额定频率；

22、步骤3.3，根据步骤3.1预处理后的有功功率和每组惯量测试时新能源稳态初始功率，判断惯量功率响应的起止时间，方法如下：

23、

24、δp(tbn,m)＝η％δprefn,m

25、δp(tfn,m)＝(1-η)％δprefn,m

26、式中：δprefn,m为rocofn第m组爬坡测试的增量惯量功率参考值；hvset为控制环节设定的惯性时间常数；tbn,m、tfn,m分别为rocofn第m组爬坡测试惯量响应的起止时刻；

27、步骤3.4，根据步骤3.2、步骤3.3得到的每组测试的起止时间与惯量功率响应的起止时间，确定惯量响应延时为：

28、

29、式中：tdn,m为rocofn第m组爬坡测试惯量响应延时；dn,m为tdn,m与t的倍数关系，是一个整数。

30、而且，所述步骤4基于步骤3的惯量响应延时时间对有功功率数据进行延时补偿，通过离散化的同步机摇摆方程实现测试过程中等效惯量的连续辨识，取不同rocof下连续辨识结果的平均值进行评估的方法为:

31、步骤4.1，根据步骤3得到的rocofn第m组爬坡测试惯量响应延时tdn,m，对功率数据进行延时补偿，方法如下：

32、p(i)＝p(i+dn,m)

33、其中，dn,m为tdn,m与t的倍数关系，是一个整数；p(i)为取t＝it时刻的有功功率

34、步骤4.2，将同步机摇摆方程离散化，用差分方程的形式表示如下：

35、

36、式中：hv和dv分别为新能源等效惯性时间常数和虚拟阻尼常数；

37、步骤4.3，在进行惯量检测时，关闭新能源电源除了惯量响应以外的其他辅助功能，使其有功功率变化均来自模拟的惯量响应，dv为0，在此基础上，得到等效惯性时间常数的计算表达式为：

38、

39、式中：hvn,m(i)为rocofn第m组测试的等效惯量连续估计值，i＝tbn,m,tbn,m+1,…,tfn,m；

40、步骤4.4，在步骤4.3得到的等效惯性时间常数的基础上求其平均值，得到最终的惯量评估结果如下：

41、

42、式中：hvn,m为rocofn第m组测试的惯量评估结果，hv为全流程测试后最终惯量评估结果。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

44、1、本基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法，通过最大频率偏差和rocof保护限制对测试频率进行选取，具有通用性。与现有惯量响应评估的单一测试rocof相比，考虑的rocof更加全面。

45、2、本基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法，通过测试频率信号，判断测试起止时刻、惯量功率响应起止时刻，对惯量响应延时进行估计并补偿，提高惯量响应性能指标和惯量评估结果的精度。

46、3、本基于延时补偿的新能源惯性时间常数确定方法，利用有功功率和频率信息，基于离散化的同步机转子运动方程实现惯量的连续评估，并以连其平均值作为最终结果，避免了系统辨识方法中不同模型阶数对惯量评估的影响。