一种电力系统等效惯量量化计算方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力系统等效惯量量化计算方法、装置、设备及介质。

背景技术

为了实现能源替代和环境友好，现阶段我国风电和光伏等新能源发电形式的占比不断上升，而以火电和水电为主的常规机组占比不断下降。传统的常规机组拥有体积大质量大的惯性转子，具有较大的机械惯量，而风电和光伏经电力电子技术并网，惯量显著下降。从而导致整个新能源电力系统的惯量降低，系统惯量降低伴随着系统频率稳定性不断下降，因此当系统故障时，易发生频率失稳的风险。

风电和光伏均需要经过逆变器并网，储能需要经过变流器并网，通过调整逆变器和变流器的控制模式，可产生虚拟惯量。新能源电力系统中惯量不再是传统意义上的机械惯量，而是多种类型惯量的组合。需要根据各风机惯量大小分配其虚拟惯量大小，以充分发挥各台风机的惯量响应能力，保证系统频率稳定性。因此，科学量化分析新能源电力系统的等效惯量至关重要。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种电力系统等效惯量量化计算方法、装置、设备及介质，能够准确量化系统等效惯量，为电力系统频率调控提供参考依据，保证系统频率稳定性。

本发明实施例提供一种电力系统等效惯量量化计算方法，所述方法包括：

根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；

根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量；

根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

优选地，所述根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值，具体包括：

根据预设的常规机组转动惯量的边界条件，计算单台常规机组的最大转动惯量量化指标；

选取所有常规机组中机械惯量最大的常规机组，计算其转动惯量，得到第i台常规机组的最大转动惯量标幺值；

根据预设的电化学储能设备虚拟惯量的边界条件，计算单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标；

选取所有电化学储能设备中最大储存电荷量最大的电化学储能设备，计算其虚拟惯量，得到第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值；

根据预设的新能源发电机组虚拟惯量的边界条件，计算单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标；

选取所有新能源发电机组中最小频率变化率最小的新能源发电机组，计算其虚拟惯量，得到第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值。

作为一种优选方案，所述根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量，具体包括：

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中常规机组的最大转动惯量标幺值计算多台常规机组的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值计算多台电化学储能设备的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值计算多台新能源发电机组的最大等效惯量；

根据多台常规机组的最大等效惯量、多台电化学储能设备的最大等效惯量和多台新能源发电机组的最大等效惯量计算电力系统最大等效惯量。

作为一种优选方案，所述根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量，具体包括：

根据调度日前计划，统计常规机组、新能源发电机组以及电化学储能设备的启停计划；

根据调度日内运行情况，统计常规机组，电化学储能设备以及新能源发电机组的最大出力同时系数；

根据统计的启停计划和同时系数，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

优选地，所述单台常规机组的最大转动惯量量化指标

所述单台电化学储能设备的最大虚拟惯量的量化指标

所述单台新能源发电机组的最大虚拟惯量的量化指标

第i台常规机组的最大转动惯量标幺值

第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值为

第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值为

其中，J

优选地，所述多台常规机组的最大等效惯量

所述多台电化学储能设备的最大等效惯量

所述多台新能源发电机组的最大等效惯量

电力系统最大等效惯量

其中，N为常规机组的台数，P

优选地，所述修正后的新型电力系统的最大等效惯量具体为：

其中，α

本发明实施例还提供一种电力系统等效惯量量化计算装置，所述装置包括：

标幺值计算模块，用于根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；

融合计算模块，用于根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量；

修正模块，用于根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

作为一种优选方案，所述标幺值计算模块具体用于：

根据预设的常规机组转动惯量的边界条件，计算单台常规机组的最大转动惯量量化指标；

选取所有常规机组中机械惯量最大的常规机组，计算其转动惯量，得到第i台常规机组的最大转动惯量标幺值；

根据预设的电化学储能设备虚拟惯量的边界条件，计算单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标；

选取所有电化学储能设备中最大储存电荷量最大的电化学储能设备，计算其虚拟惯量，得到第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值；

根据预设的新能源发电机组虚拟惯量的边界条件，计算单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标；

选取所有新能源发电机组中最小频率变化率最小的新能源发电机组，计算其虚拟惯量，得到第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值。

优选地，所述融合计算模块具体用于：

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中常规机组的最大转动惯量标幺值计算多台常规机组的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值计算多台电化学储能设备的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值计算多台新能源发电机组的最大等效惯量；

根据多台常规机组的最大等效惯量、多台电化学储能设备的最大等效惯量和多台新能源发电机组的最大等效惯量计算电力系统最大等效惯量。

作为一种优选方案，所述修正模块具体用于：

根据调度日前计划，统计常规机组、新能源发电机组以及电化学储能设备的启停计划；

根据调度日内运行情况，统计常规机组，电化学储能设备以及新能源发电机组的最大出力同时系数；

根据统计的启停计划和同时系数，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

优选地，所述单台常规机组的最大转动惯量量化指标

所述单台电化学储能设备的最大虚拟惯量的量化指标

所述单台新能源发电机组的最大虚拟惯量的量化指标

第i台常规机组的最大转动惯量标幺值

第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值为

第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值为

其中，J

作为一种优选方案，所述多台常规机组的最大等效惯量

所述多台电化学储能设备的最大等效惯量

所述多台新能源发电机组的最大等效惯量

电力系统最大等效惯量

其中，N为常规机组的台数，P

优选地，所述修正后的新型电力系统的最大等效惯量具体为：

其中，α

本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的电力系统等效惯量量化计算方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述实施例中任意一项所述的电力系统等效惯量量化计算方法。

本发明提供的电力系统等效惯量量化计算方法、装置、设备及介质，根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量；根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。能够准确量化系统等效惯量，为电力系统频率调控提供参考依据，保证系统频率稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种电力系统等效惯量量化计算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电力系统等效惯量量化计算装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供一种电力系统等效惯量量化计算方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1～S3：

S1，根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；

S2，根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量；

S3，根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

在本实施例具体实施时，根据电力系统的运行参数和额定参数，计算单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标以及新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标；

根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；不同类型设备具体包括常规机组、电化学储能设备以及新能源发电机组。

根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含常规机组、电化学储能设备以及新能源发电机组的多类型设备电力系统最大等效惯量。

根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

本申请方案通过先分类量化计算不同类型机组及设备的惯量，再整体性的构建包含多类型设备的新型电力系统等效惯量，并对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量；以整体性的量化系统等效惯量，为电力系统频率调控提供参考依据。提升系统频率稳定性，避免系统由于故障发生频率失稳。

在本本发明提供的又一实施例中，所述步骤S1具体计算不同类型设备的惯量标幺值时，需要分别计算第i台常规机组的最大转动惯量标幺值、第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值以及第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值，具体计算过程包括：

通过设置量化常规机组转动惯量的边界条件，包括新型电力系统的额定频率和机械惯量，获得单台常规机组的最大转动惯量量化指标；

选取所有常规机组中机械惯量最大的常规机组作为基准，计算其转动惯量，从而得到第i台常规机组的最大转动惯量标幺值；

设置量化电化学储能设备虚拟惯量的边界条件。包括新型电力系统的额定频率、最大允许频率偏差和储能设备的额定电压，计算单台电化学储能设备的最大虚拟惯量的量化指标；

选取所有电化学储能设备中最大储存电荷量最大的电化学储能设备作为基准，计算其虚拟惯量，从而得到第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值；

设置量化新能源发电机组虚拟惯量的边界条件，包括新型电力系统额定频率和过载能力，计算单台新能源发电机组的最大虚拟惯量的量化指标；

选取所有新能源发电机组中最小频率变化率最小的新能源发电机组作为基准，计算其虚拟惯量，从而得到第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值。

通过先分类量化计算不同类型机组及设备的惯量，再整体性的构建新型电力系统等效惯量，能够更加准确量化电力系统等效惯量。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S2中计算多类型设备的电力系统最大等效惯量时，需要先计算多台常规机组的最大等效惯量、多台电化学储能设备的最大等效惯量以及多台新能源发电机组的最大等效惯量，从而计算包含常规机组、电化学储能设备以及新能源发电机组的多类型设备电力系统的最大等效惯量，具体计算过程包括：

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中常规机组的最大转动惯量标幺值计算多台常规机组的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值计算多台电化学储能设备的最大等效惯量；

根据所述不同类型设备的惯量标幺值中新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值计算多台新能源发电机组的最大等效惯量；

根据多台常规机组的最大等效惯量、多台电化学储能设备的最大等效惯量和多台新能源发电机组的最大等效惯量计算电力系统最大等效惯量。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S3中对电力系统最大等效惯量进行修正，从而获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量，具体包括：

根据调度日前计划，统计常规机组、新能源发电机组以及电化学储能设备的启停计划；

根据调度日内运行情况，统计常规机组、电化学储能设备以及新能源发电机组的最大出力同时系数；

根据统计的启停计划和同时系数，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况来对最大等效惯量进行修正，确保最大等效惯量进行修正符合运行数据，保证最大等效惯量进行修正的准确性。

在本发明提供的又一实施例中，计算单台常规机组的最大转动惯量量化指标时，设置量化常规机组转动惯量的边界条件。按照新型电力系统额定频率为50Hz，机械惯量为定值来计算，获得单台常规机组的最大转动惯量量化指标H

其中，J

计算单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标时，先设置量化电化学储能设备虚拟惯量的边界条件。按照新型电力系统额定频率为50Hz，最大允许频率偏差为0.02Hz，储能设备额定电压为最大荷电状态下的额定电压来计算。算，获得单台电化学储能设备的最大虚拟惯量的量化指标H

其中，U

计算新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标时，先设置量化新能源发电机组虚拟惯量的边界条件。按照新型电力系统额定频率为50Hz，过载能力不超过120％来计算，从而获得单台新能源发电机组的最大虚拟惯量的量化指标H

其中，f

选取所有电化学储能设备中最大储存电荷量最大的一台作为基准，从而确定第i台常规机组的最大转动惯量标幺值

其中，H

选取所有电化学储能设备中最大储存电荷量最大的一台作为基准，从而确定第i台电化学储能设备的最大虚拟惯量标幺值为

其中，H

选取所有新能源发电机组中最小频率变化率最小的一台作为基准，从而第i台新能源发电机组的最大虚拟惯量标幺值为

其中，H

在本发明提供的又一实施例中，确定电力系统最大等效惯量的过程具体为：

计算多台常规机组的最大等效惯量H

其中，N为常规机组的台数，P

计算多台电化学储能设备的最大等效惯量H

其中，I为新能源发电机组的台数，P

计算多台新能源发电机组的最大等效惯量

其中，S

根据多台常规机组的最大等效惯量、多台电化学储能设备的最大等效惯量和多台新能源发电机组的最大等效惯量计算电力系统最大等效惯量H

其中，S

在本发明提供的又一实施例中，所述修正后的新型电力系统的最大等效惯量具体为：

其中，α

本实施例提供的一种电力系统等效惯量量化计算方法，除了考虑传统的常规机组提供的转动惯量，还考虑了电力电子设备并网后提供的虚拟惯量。能够更加合理的描述新型电力系统的惯量支撑能力，为调度决策提供参考依据。

在本发明又一实施例提供电力系统等效惯量量化计算方法的具体应用场景：

对某地区含有风电及储能电站的新型电力系统进行数据统计，该系统中含有4个火电机组G1，G2，G3，G4，1个风力发电场站W1含有80台型号统一的风机，3个储能电站C1，C2，C3。

步骤1：形成单台常规机组的最大转动惯量量化指标。统计4个火电机组G1，G2，G3，G4的额定功率分别为600MW，600MW，300MW，300MW，功率因数分别为0.85，0.90，0.85，0.95，机械惯量分别为23000kg·m

步骤2：形成单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标。统计3个储能电站C1，C2，C3的额定容量为20MVA，30MVA，10MVA，放电效率均为0.9，最大储存电荷量分别为11000C，22000C，5500C，最大放电速率分别为4.17kW/s，5kW/s，3.33kW/s，额定电压为3.65V，最大允许频率偏差为0.02Hz。计算出3台电化学储能设备的最大虚拟惯量分别为H

步骤3：形成新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标。每台新能源发电机组的额定功率为5MW，额定功率因数为0.95，过载能力m

步骤4：计算不同类型惯量的标幺值。选取4台常规机组中机械惯量最大的G1作为基准，则4台常规机组的最大转动惯量标幺值分别为

步骤5：计算含多类型设备的新型电力系统最大等效惯量；计算4台常规机组的最大等效惯量

步骤6：修正计算新型电力系统的最大等效惯量。常规机组中4台都投入，电化学储能中C1退出运行，新能源发电机组中有20台停运。统计常规机组，电化学储能设备以及新能源发电机组的最大出力同时系数k1＝0.9，k2＝0.7，k3＝0.75。修正后的新型电力系统的最大等效惯量

通过对常规机组，储能设备，新能源发电机组的惯量进行量化及组合，计算出新型电力系统的最大等效惯量，能够准确量化系统等效惯量，为电力系统频率调控提供参考依据，保证系统频率稳定性。

本方发明实施例还提供一种电力系统等效惯量量化计算装置，参见图2，是本发明实施例提供的一种电力系统等效惯量量化计算装置的结构示意图，所述装置包括：

标幺值计算模块，用于根据计算的单台常规机组的最大转动惯量量化指标、单台电化学储能设备的最大虚拟惯量量化指标和单台新能源发电机组的最大虚拟惯量量化指标，确定不同类型设备的惯量标幺值；

融合计算模块，用于根据不同类型设备的惯量标幺值计算包含多类型设备的电力系统最大等效惯量；

修正模块，用于根据电力系统的调度日前计划和调度日运行情况，对电力系统最大等效惯量进行修正，获得修正后的新型电力系统的最大等效惯量。

需要说明的是，本发明实施例提供的所述电力系统等效惯量量化计算装置能够执行上述实施例中任意实施例所述的电力系统等效惯量量化计算方法，对电力系统等效惯量量化计算装置的具体功能在此不作赘述。

参见图3，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如电力系统等效惯量量化计算程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个电力系统等效惯量量化计算方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1～S3。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成各个模块，各模块具体功能再次不作赘述。

所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。