新能源混联电力系统的虚拟惯量优化配置方法及装置与流程
本发明涉及电力系统优化运行与控制，具体涉及一种新能源混联电力系统的虚拟惯量优化配置方法及装置。
背景技术：
1、电力系统中的惯量包括天然物理惯量与虚拟惯量。其中，天然物理惯量特指火电、水电同步发电机旋转转子储存的机械旋转动能对应的惯性支撑能力，依靠转子物理旋转特性天然生成，故障发生瞬间可自主释放动能，抑制电网频率突变；虚拟惯量为风电、光伏等电力电子型新能源通过电压源型变流器控制算法模拟同步机惯性响应得到的等效惯量。
2、当前新型电力系统建设进程中，风电、光伏这类无旋转惯性本体的电力电子型新能源装机占比持续提升。为弥补系统惯量缺口，行业普遍通过为新能源配置虚拟惯量的方式，以此抑制故障后频率快速跌落的风险。
3、目前虚拟惯量优化配置手段大多仅单独聚焦频率动态性能优化，仅以故障频率变化率、频率最低点作为单一优化目标整定虚拟惯量参数。然而经实践发现，仅考虑频率动态性能优化易诱发同步机组之间的低频功角振荡、新能源场站侧宽频谐振失稳，造成系统全频段同步稳定水平下降。
4、综上，现有技术中存在优化维度单一、频率响应性能与系统同步稳定性难以同时满足安全标准的问题。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种新能源混联电力系统的虚拟惯量优化配置方法及装置，通过设置系统最低惯量约束、求解兼顾频率与同步稳定的多目标评价体系，确定优选新能源类型与机组虚拟惯量系数，解决了现有优化维度单一，难以兼顾电网频率安全和低频、宽频同步稳定的问题。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、本技术第一方面提供了一种新能源混联电力系统的虚拟惯量优化配置方法，包括：
4、基于电力系统能够承受的最大功率扰动量和允许的最大频率变化率，确定电力系统所需的最小惯量约束；
5、以电力系统的同步稳定性指标和频率响应特性指标的加权和作为目标函数；所述同步稳定性指标通过电力系统的低频稳定裕度和广义短路比加权确定，所述频率响应特性指标通过频率性能指标和经济成本指标加权确定；所述低频稳定裕度表征电力系统抑制低频功角振荡的能力，所述广义短路比表征电力系统抵御新能源宽频振荡失稳的能力；
6、采用遗传算法求解所述目标函数，在所述最小惯量约束、设备运行约束与节点频率安全约束共同限制下，输出最优新能源类型配置方案与各新能源机组最优虚拟惯量系数。
7、在一种可行的实现方式中，基于电力系统能够承受的最大功率扰动量和允许的最大频率变化率，确定电力系统所需的最小惯量约束，包括：
8、基于电力系统能够承受的最大功率扰动量和允许的最大频率变化率，确定满足频率变化率约束的基础最小惯量；
9、基于电力系统内最大单台同步发电机的惯性时间常数对所述基础最小惯量进行修正，确定满足安全运行需求的安全最小惯量；将所述安全最小惯量作为最小惯量约束。
10、在一种可行的实现方式中，所述频率性能指标包括频率最大变化率、频率稳态偏差和最大频率偏差；
11、所述频率最大变化率表征电力系统故障发生瞬间频率的下跌或上升的快慢程度；
12、所述频率稳态偏差表征电力系统故障引起的暂态振荡结束后，系统稳定运行频率与额定频率的差值；
13、所述最大频率偏差表征电力系统故障全过程中频率偏离额定值的最大幅度。
14、在一种可行的实现方式中，所述频率性能指标，通过以下方式确定：
15、构建电力系统中包含同步机、原动机调速器、新能源发电系统有功控制和一次调频环节的全状态线性化模型；
16、基于所述全状态线性化模型，确定系统状态矩阵；所述系统状态矩阵表征同步机组、调速系统、新能源变流器控制与电网网络耦合下，状态变量变化率与状态变量之间的线性映射关系；
17、对所述系统状态矩阵进行特征值分析，确定主导特征值；所述主导特征值表征电力系统故障后衰减最慢，能够主导系统频率动态演化的振荡模态对应的复数特征根；
18、基于电力系统总惯量和有功扰动量确定频率最大变化率，基于系统状态矩阵确定频率稳态偏差，基于所述主导特征值确定最大频率偏差。
19、在一种可行的实现方式中，所述低频稳定裕度，通过以下方式确定：
20、遍历预设频段内的全振荡频率，求解各频率点下开环传递函数矩阵的最小特征值；
21、基于各频率对应的最小特征值，在复平面绘制最小特征轨迹，将所述最小特征轨迹距离预设点的欧式距离，作为电力系统的低频稳定裕度。
22、在一种可行的实现方式中，所述广义短路比，通过以下方式确定：
23、基于包含新能源设备节点的缩略导纳矩阵以及由新能源设备容量构成的对角矩阵，确定电力系统的广义短路比；
24、所述缩略导纳矩阵，为对全网完整节点导纳矩阵进行节点降维压缩，剔除非新能源节点后所形成的低维节点导纳矩阵。
25、在一种可行的实现方式中，采用遗传算法求解所述目标函数，在所述最小惯量约束、设备运行约束与节点频率安全约束共同限制下，输出最优新能源类型配置方案与各新能源机组最优虚拟惯量系数，包括：
26、在各约束共同限制范围内随机初始化种群，种群中每个个体包括新能源类型配置初始值和新能源机组的虚拟惯量系数初始值；
27、将每个个体对应的初始值代入所述全状态线性化模型，计算每个个体对应的频率响应特性指标和同步稳定性指标；
28、基于每个个体对应的频率响应特性指标和同步稳定性指标，确定每个个体对应的目标函数值；
29、对种群进行遗传操作生成新一代种群，循环迭代至达到迭代次数或目标函数收敛时，输出最优新能源类型配置方案与各新能源机组最优虚拟惯量系数。
30、本技术第二方面提供了一种新能源混联电力系统的虚拟惯量优化配置装置，包括：
31、惯量约束确定单元，基于电力系统能够承受的最大功率扰动量和允许的最大频率变化率，确定电力系统所需的最小惯量约束；
32、目标函数构建单元，用于以电力系统的同步稳定性指标和频率响应特性指标的加权和作为目标函数；所述同步稳定性指标通过电力系统的低频稳定裕度和广义短路比加权确定，所述频率响应特性指标通过频率性能指标和经济成本指标加权确定；所述低频稳定裕度表征电力系统抑制低频功角振荡的能力，所述广义短路比表征电力系统抵御新能源宽频振荡失稳的能力；
33、最优解输出单元，用于采用遗传算法求解所述目标函数，在所述最小惯量约束、设备运行约束与节点频率安全约束共同限制下，输出最优新能源类型配置方案与各新能源机组最优虚拟惯量系数。
34、本技术第三方面提供了一种电子设备，包括：处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现上述方法的步骤。
35、本技术第四方面提供了一种存储介质，包括：所述存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
36、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
37、本技术实施例通过电网可承受的最大功率扰动量与允许的最大频率变化率确定最小惯量约束，将同步稳定性指标、频率响应特性指标加权构造目标函数。其中同步稳定性指标综合低频稳定裕度、广义短路比评估系统抵御低频功角振荡、宽频振荡失稳的能力；频率性能指标表征故障全过程频率动态特征，能够同步平衡调频性能与同步稳定能力，解决仅优化频率指标会弱化系统同步稳定性的矛盾。在最小惯量约束、设备运行约束、节点频率安全约束的共同限制下，通过遗传算法求解目标函数，同步确定最优新能源类型配置与各机组虚拟惯量系数，在多重安全约束范围内实现频率性能与同步稳定性能同时满足运行标准，克服现有技术优化维度单一、两类性能无法协同达标的技术问题。