高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法与流程

本发明属于电网规划运行中的转动惯量评估，具体涉及一种高渗透率新能源下大电网多区域分层分级转动惯量评估方法。

背景技术：

1、随着特高压直流配套风电及重点地区新能源项目的投运，未来大电网将继续呈现“高比例直流外送、大规模新能源集中接入以及高渗透率新能源接网”的特征。由于，新能源出力的间歇性和不确定性导致运行方式随机性大、控制策略实时性强，且机组自身转动惯量较小，可调节能力较小，运行中需外部同步发电机组提供惯量支撑。

2、受能源资源分布影响，大部分地区转动惯量分布与新能源呈现逆向分布的特征。稳定电源渗透率较高地区转动惯量较高。大量新能源集中并网将加剧薄弱地区系统惯量支撑能力的降低，改变了大电网的惯量空间分布特性，将严重影响大电网的安全稳定运行。因此，评估高新能源渗透率下不同区域转动惯量水平是非常有必要的，可为电网实际运行提供参考与预警，保证系统安全稳定。

3、目前，针对新能源对系统转动惯量的影响多处于定性或小系统层面，缺少相关定量或更加直观的表示方法。基于此，急需研发一种针对大电网运行方式定量且直观的新型电力系统转动惯量评估方法，以便实际指导电网调度运行。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于，提供一种高渗透率新能源下大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，以解决为评估电网不同运行方式下各区域各层级转动惯量水平，电网实际运行提供参考与预警，保证系统安全稳定的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，包括以下步骤：

4、a、读取电网运行数据、机组模型参数和配置文件：读取电网实时或预测运行方式，调取已开机机组或预开机机组模型参数文件和电网配置文件，作为评估计算基础数据；

5、b、计算转动惯量裕度、系统可承受最大扰动、惯量扰动比和临界惯量扰动比：首先，通过机组模型参数进行在线或离线数据整合，判断各机组类型，通过电网配置文件判断机组所属电网分区，计算电网各区域转动惯量数值；其次，根据预设扰动集，调用评估算法和频率约束条件，计算电网内部各区域评估指标数值；最后，形成在该运行方式下电网各区域转动惯量评估指标集合；

6、c、根据不同指标水平，将告警区域设置为红色，合格区域设置为蓝色，优秀区域设置为绿色，并通过可视化地图界面展示计算结果。

7、进一步地，步骤b，考虑频率偏差和变化率约束，评估预设扰动下最小惯量需求，计算转动惯量裕度。

8、更进一步地，计算转动惯量裕度的具体步骤为：

9、a、考虑低频约束

10、基于电网实时运行状态，获取当前状态下系统频率响应模型等值参数，忽略新能源调频增益，建立频率分析简化模型，考虑实际运行过程中低频限值hlow，评估低频约束下的最小惯量需求；

11、b、考虑高频约束

12、对于频率升高的情形，根据发电机转子摆动方程，可得考虑惯量与负荷阻尼效应的频率偏差δf(t)表达式如下：

13、

14、其中，hsys为系统等效惯性常数，δp为有功扰动功率；

15、考虑高频约束的最小惯量需求hhigh表达式为：

16、

17、其中，为高频阈值，f0为额定频率，δp为有功扰动功率；

18、c、考虑频率变化约束

19、在扰动发生的瞬间，频率偏差尚未产生，发电机调速器未动作，负荷频率调节效应还未生效，此时频率变化率最大，系统频率变化取决于惯量和扰动功率大小，考虑频率变化率约束的最小惯量需求hr表达式为：

20、

21、其中，fr,limit为系统频率变化速率，δp为有功扰动功率；

22、d、转动惯量裕度

23、满足电网频率偏差和变化率约束的系统最小惯量需求hmin表达式如下所示：

24、hmin＝max(hlow，hhigh，hr)

25、转动惯量裕度km反映当前惯量水平j与最小惯量jmin需求间的相对距离：

26、

27、进一步地，步骤b，计算区域可承受最大扰动的具体步骤为：

28、考虑频率偏差和变化率约束，在当前运行方式下，系统可承受的最大扰动功率δpmax为：

29、δpmax＝min(δplow，δphigh，δpr)

30、式中，δplow、δphigh、δpr分别为低频约束、高频约束和考虑频率变化约束下可承受的最大扰动。

31、进一步地，步骤b，计算惯量扰动比的具体步骤为：

32、预设扰动为δp时，惯量扰动比ksys为：

33、

34、可根据上式实现在线计算与监测，

35、其中，jsys为系统的转动惯量，ω0为额定电气角速度，s∑为系统发电容量，hsys为系统等效惯性常数，δp为有功扰动功率。

36、进一步地，步骤b，计算临界惯量扰动比的具体步骤为：

37、当δp取值为系统可承受的最大扰动δpmax时，根据指标定义，此扰动下的惯量扰动比即临界惯量扰动比ksys，min：

38、

39、其中，jsys为系统的转动惯量，ω0为额定电气角速度，s∑为系统发电容量，hsys为系统等效惯性常数，δp为有功扰动功率；

40、对于预设扰动为δp时评估得出的最小惯量需求指标hmin，当系统电源结构变化使系统惯量水平减少至hmin时，ksys，min指标表达式为：

41、

42、其中，惯量扰动比指标ksys用于表征当前扰动下电网频率支撑能力强弱，临界惯量扰动比指标ksys，min用于表征维持电网频率稳定所需要的最低频率支撑强度，ksys，min是ksys的下界，为衡量频率支撑能力水平提供一个参考标准，且在惯量可监测的情况下，调度员可通过ksys，min快速估算电网可承受的最大扰动功率。

43、进一步地，步骤c，优先将指标较差区域设置为红色并发出警告信号。

44、更进一步地，若运行方式发生较大改变，需重复计算周期。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

46、本发明高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，综合考虑调度系统中频率偏差约束和频率变化率约束，针对不同区域评估含高比例新能源的电力系统转动惯量水平，可为电网实际运行提供参考与预警，保证系统安全稳定。

技术特征：

1.一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于：步骤b，考虑频率偏差和变化率约束，评估预设扰动下最小惯量需求，计算转动惯量裕度。

3.根据权利要求2所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于，计算转动惯量裕度的具体步骤为：

4.根据权利要求1所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于，步骤b，计算区域可承受最大扰动的具体步骤为：

5.根据权利要求1所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于，步骤b，计算惯量扰动比的具体步骤为：

6.根据权利要求1所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于，步骤b，计算临界惯量扰动比的具体步骤为：

7.根据权利要求1所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于：步骤c，优先将指标较差区域设置为红色并发出警告信号。

8.根据权利要求7所述的一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，其特征在于：若运行方式发生较大改变，需重复计算周期。

技术总结
本发明属于转动惯量评估技术领域，涉及一种高渗透率新能源大电网多区域分层分级转动惯量评估方法，包括以下步骤：读取电网运行数据、机组模型参数和配置文件：读取电网实时或预测运行方式，调取已开机机组或预开机机组模型参数文件和电网配置文件，作为评估计算基础数据；计算转动惯量裕度、系统可承受最大扰动、惯量扰动比和临界惯量扰动比；根据不同指标水平，将告警区域设置为红色，合格区域设置为蓝色，优秀区域设置为绿色，并通过可视化地图界面展示计算结果。本发明评估方法，综合考虑调度系统中频率偏差约束和频率变化率约束，针对不同区域评估含高比例新能源的电力系统转动惯量水平，可为电网实际运行提供参考与预警，保证系统安全稳定。

技术研发人员：杨天蒙,赵梓潼,刘继成,冯伟,陈泽龙,赵宇民,代俊雯,侯婷婷
受保护的技术使用者：国家电网公司东北分部
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23