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专利号: 2020111394549
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:通过电网的日前发电计划信息、以及风电场的风功率预测曲线,计算下一日各时段的电网惯量H(tj);

步骤2:根据电网的最大功率缺额和频率跌落最低值要求,求解电网临界惯量Hmin,使得电网临界惯量Hmin满足当发生最大功率缺额时,频率跌落最低值不超过安全限值;

步骤3:比较下一日各时段的电网惯量H(tj)和电网临界惯量Hmin大小,筛查小于电网临界惯量Hmin的时段;

步骤4:根据电网临界惯量Hmin,求解低于电网临界惯量时段内的风电场最大并网容量SWFmax。

2.根据权利要求1所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于:所述步骤1中,下一日各时段的电网惯量H(tj)为:上式中,i表示第i台同步发电机或第i个风电场;HGi、SGi分别为日前发电计划提供的下一日第j时段内各同步发电机组的惯性时间常数、额定容量,m表示电网中同步发电机的台数;HWFi、SWFi分别为日前风电预测信息提供的下一日第j时段内各风电场的惯性时间常数、额定容量,n表示电网中风电场的个数;当风电机组不具备惯性响应能力时,HWFi=0。

3.根据权利要求1所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于:所述步骤2中:首先构造多机系统的频率响应模型,不同类型的发电机由不同的高阶系统建模,在调度模型中进行简化,通过最小二乘法将不同类型的发电机拟合为一阶惯性环节,式中,ΔPGi为第i台机组在系统频率变化过程中一次调频增发的功率;Ki为功频静态特性系数的标幺值;Ti为发电机的响应时间常数;Δω(s)为频率偏移的频域形式;s为复频率;

在扰动发生后瞬间,一次调频及负荷调节效应尚未作用,此时系统等效转子摇摆方程为:式中,Δω为系统频率变化量,ΔPL为功率缺额,H为系统等效惯性时间常数,MΔω表示初始频率变化的斜率为常数,t表示发生扰动后的时间;

在瞬态过程中对发电机的输入能够用式(3)来建模,将式(3)中的Δω(t)变成频域形式并代入式(2)中可得:对式(4)进行拉式反变换变成时域后得:

其中,Ci的表达式为:

当忽略负荷调节效应时,受扰后整个系统动态频率偏差为:式中,m表示同步发电机的台数;

则频率变化的时域表达式为:

对式(8)进行求导,并令其等于零,从而求出系统最大频率偏差对应的时间:将式(9)代入式(8)中得系统最大频率偏差为:将式(10)的标幺值转换为有名值:

式中,f0表示系统初始频率,fB表示基准频率,Δωmax为最大频率偏差的标幺值,Δfmax为最大频率偏差的有名值;

若已知功率缺额ΔPL和Δfmax,将式(6)、(9)、(11)三式联立即可求出:式中,tmin为最大频率偏差对应的时间,m表示同步发电机的台数;

根据式(12),求解出tmin,由于其已知所以表示为tmin-k,将其代入式(6)求得Ci的值,同样的由于是已知量表达为Ci-k,再将Ci-k和tmin-k代入式(9)得到此时系统惯量为:

4.根据权利要求3所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于:所述步骤2中:当系统发生最大功率缺额时,分为下列两种情况:

1)、最大容量同步机组脱网:

此时的各时段电网惯量H1(tj)的表达式为:式中,k表示第k台同步机组脱网,公式中其余物理量如前述所示;

当发生最大同步机组脱网的功率缺额ΔPmax1,且造成频率跌落最低值到达安全临界点时,得:式中,Δfmax-c是系统最大频率偏差安全临界值,t1min为最大同步机组脱网时频率偏差最大值对应时间,其余物理量如前述所示;

则根据式(13)电网临界惯量H1min为:

式中,t1min-k和Ci1-k分别为最大同步机组脱网情况下对应式(13)中的Ci-k和tmin-k;

2)、负荷突增:

最大负荷突增由于没有引起系统惯量变化,则此时各时段电网惯量H2(tj)的表达式为:当发生负荷突增的功率缺额ΔPmax2,且频率跌落最低值到达安全临界点时,得:式中,t2min表示负荷突增时最大频率偏差对应的时间,其余物理量如前述所示;

则根据式(13)电网临界惯量H2min为:

式中,t2min-k和Ci2-k分别为负荷突增情况下对应式(13)中的Ci-k和tmin-k。

5.根据权利要求4所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于:所述步骤3中,筛查小于电网临界惯量Hmin的时段方式为:将两种功率缺额下电力系统各时段的电网惯量H1(tj)和H2(tj)分别与其对应的电网临界惯量进行比较,判定哪些时段不满足电网临界惯量要求;

如果:

H1(tj)≤H1min或H2(tj)≤H2min则电网惯量不满足临界惯量要求,需要对风电场并网容量进行限制;

如果:

H1(tj)>H1min或H2(tj)>H2min则电网惯量满足临界惯量要求,电网无频率安全隐患。

6.根据权利要求4所述基于频率临界安全约束与惯量预测的最大风电并网容量计算方法,其特征在于:分别求出系统两种功率缺额条件下的风电最大并网容量值,再取其最小值,包括:①、最大容量同步机组脱网:

此时,利用全网同步机组信息及式(14),更新计算电网惯量H1(tj),并令其等于满足频率安全约束的临界惯量值H1min,如下所示:进而根据上式可求SWFmax1为:

②、负荷突增:

同样地,利用全网同步机组信息及式(17),计算电网惯量H2(tj),并令其等于满足频率安全约束的临界惯量值H2min,如下所示:则SWFmax2为:

最终,取风电最大并网容量SWFmax为SWFmax1、SWFmax2中最小者:SWFmax=min(SWFmax1,SWFmax2)(24)。