一种新型电力系统惯量需求评估与配置方法及系统与流程

本发明涉及电力系统频率调节，尤其涉及一种新型电力系统惯量需求评估与配置方法及系统。

背景技术：

1、在当今电力行业的发展态势下，电力系统惯量作为维持电网频率稳定、有效抵御有功功率扰动的核心支撑要素，其重要性正与日俱增。精准且科学地开展系统惯量需求评估工作，对于确保电力系统在故障暂态过程中，将频率跌落深度以及变化速率严格控制在安全阈值范围内，具有有至关重要的作用，已然成为电网规划、运行调度以及安全防控等诸多工作的重要前提，对进一步提升新型电力系统的供电可靠性与运行韧性起着极为关键的作用。

2、在进一步深入剖析当前主流的系统惯量需求评估与配置方法后，不难发现现有方法存在多方面的局限，大多数仍依赖传统电网模型进行计算，评估时往往仅单独考虑频率变化率或者稳态频率偏差等单一约束条件，难以全面且精准地反映电力系统的实际运行状况。同时，在建模过程中，常对一次调频死区特性进行简化处理，忽视了其在实际频率调节中的复杂作用，进而无法充分兼顾暂态全过程的频率动态变化特征。并且，惯量配置方面普遍采用经验取值、定额配置的方式。该方式缺乏对不同电网运行场景和工况的针对性剖析，不能依据电网的实时变化做出灵活调整，致使计算精度大打折扣。随着高比例新能源接入电网，电力系统的运行特性变得愈发复杂，新能源所具有的间歇性、波动性等特点，给电网的频率稳定带来了全新的挑战。传统系统惯量需求评估与配置方法在应对这些新变化时显得捉襟见肘，难以契合新型电力系统的发展需求。因此，亟需一种更为科学、精准且能适应复杂电网运行特性的系统惯量需求评估与配置方法。

技术实现思路

1、为达到上述目的，本发明提供一种新型电力系统惯量需求评估与配置方法，具体包括如下步骤：

2、步骤1：收集所需评估与配置系统的容量-惯量数据，基于所述容量-惯量数据计算系统等效惯量；

3、步骤2：考虑一次调频死区约束，计算系统最大频率变化率约束下一次调频前的系统惯量需求与最大频率偏差约束下一次调频后的系统惯量需求，基于所述一次调频前与一次调频后的系统惯量需求取最大值得出系统最低惯量需求

4、步骤3；根据所述系统等效惯量与所述系统最低惯量需求计算系统惯量缺口，决定是否配置惯量资源。

5、优选地，步骤1中所述容量-惯量数据包括同步发电机的容量以及惯性常数，具备惯量支撑功能的新能源（风电/光伏）的容量以及等效惯量系数，具备惯量支撑功能的储能系统的容量

sess以及等效惯量系数，具备惯量支撑功能的柔性直流输电系统的容量以及等效惯量系数，异步电动机容量以及等效惯量系数。

6、优选地，步骤1中基于上述基础数据计算系统总等效惯量，具体为：

7、

8、式中，

sg为同步发电机的容量，

hg为惯性常数，

sres为具备惯量支撑功能的新能源（风电/光伏）的容量，

hres为等效惯量系数，

sess为具备惯量支撑功能的储能系统的容量，

hess为等效惯量系数，

shvdc为具备惯量支撑功能的柔性直流输电系统的容量，

hhvdc为等效惯量系数，

sim为异步电动机容量，

him为等效惯量系数，其中

ng、

nres、

ness、

nhvdc和

nim分别为同步发电机、具备惯量支撑功能的新能源、具备惯量支撑功能的储能系统、具备惯量支撑功能的柔性直流输电系统和异步电动机的设备数量。

9、优选地，步骤2中考虑一次调频死区约束建立系统一次调频作用的转子运动基本方程具体为：

10、

11、式中，

e为系统等效惯量，δ

f为频率偏差，通过系统实际频率与额定频率作差得到，

fn为频率的额定值，dδ

f/dt为频率变化率，δ

p为有功功率缺额，

fdb为一次调频死区，

k为调频系数。

12、优选地，步骤2中基于最大有功功率缺额、频率的额定值、最大频率变化率计算得出一次调频前的系统惯量需求；基于最大有功功率缺额、一次调频死区约束、最大频率偏差约束、频率的额定值计算得出一次调频前的系统惯量需求；在考虑最大频率变化率以及最大频率偏差双重约束下求一次调频前后系统惯量需求最大值得出最低惯量需求。

13、优选地，步骤2中计算所述最大频率变化率约束下一次调频前的系统惯量需求，具体为：

14、

15、式中，为一次调频动作前的系统惯量需求，δ

pmax为最大有功功率缺额，为最大频率变化率约束；

16、优选地，步骤2中计算所述最大频率偏差约束下一次调频后的系统惯量需求。具体为：

17、

18、式中，为一次调频动作后的系统惯量需求。

19、优选地，步骤2中计算所述系统最低惯量需求具体为：

20、

21、式中，为当前系统最低惯量需求。

22、优选地，步骤3中计算所述系统等效惯量缺口，具体为：

23、

24、式中，为系统等效惯量缺口，为系统总等效惯量。

25、优选地，步骤3中当系统等效惯量缺口≤0，无需额外配置惯量资源；当系统等效惯量缺口＞0，则需要额外配置惯量资源。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：传统的电网惯量评估配置方法，大多仅依托简化的传统电网模型开展计算，不仅对一次调频死区进行了理想化的简化处理，还普遍依赖人工经验设定的定额值完成惯量配置，既没有将一次调频死区的实际动态效应纳入计算体系，也仅采用单一频率约束作为校验标准，最终得到的惯量需求结果往往与电网实际运行特性存在明显偏差，难以适配新型电力系统的复杂运行状态。本发明打破了上述技术局限，在计算框架中完整纳入了一次调频死区的实际动态响应特性，同时构建了包含最大频率变化率、暂态全过程最大频率偏差的双重约束体系，能够在多约束条件下精准求解系统运行所需的最低惯量需求值。在此基础上，该技术可结合电网当前的总等效惯量实时测算结果，快速定位系统存在的惯量缺额，进而完成针对性的惯量资源优化配置。相比传统方案，本发明的计算精度实现了显著提升，全程充分兼顾了大扰动下暂态全过程的频率动态变化细节，能够精准匹配高比例新能源大规模接入后电网的复杂运行特性，不仅适用于常规同步机组主导的传统电网场景，更能覆盖高比例新能源电网、弱送端电网、孤岛运行微电网等多种特殊运行工况，有效填补了传统技术在复杂场景下的应用空白，适用范围得到大幅拓展。