有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法和系统

技术领域

本发明涉及一种微电网频率响应分析方法和系统，特别是一种有构网型变流器接入的微电网的等值频率响应分析方法和系统，属于电网动态频率分析领域。

背景技术

为降低碳排放和发电成本，微电网将逐步增加新能源电源接入容量，降低火电机组发电占比。然而，微电网发电容量有限且常运行于孤岛状态，新能源电源接入后，其频率易因暂态故障和新能源出力波动而在数秒内大幅变化。随着火电机组逐步退出，系统惯量与一次调频能力将进一步下降，频率稳定问题突出。

有研究表明，相比于跟网型(grid-following,GFL)控制，构网型(grid-forming,GFM)控制策略在高新能源渗透率场景具有更强的频率支撑能力。因此，有必要研究构网型变流器接入海上油田群电网的频率稳定特性，为新型电力系统的构建提供支撑与指导。

电力电子变流器接入电网的等值单机系统频率响应模型，也称扩展频率响应(extended system frequency response,ESFR)模型结构简单、求解方便，可用于构网型变流器接入微电网的等值频率响应建模。然而，构网型变流器作为独立电压源，需考虑与电网电压源间的能量交互问题，像跟网型控制一样直接等值为单机模型似有不妥，现有技术仍存在改进空间。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法和系统，通过确定构网型变流器接入微电网的功率-频率-功角频域表达式，建立了等值两机系统模型，并进一步进行聚合、降阶、解耦、简化，完成了构网型变流器接入微电网的等值频率响应模型的构建，基于该等值频率响应模型对构网型变流器接入微电网进行动态频率分析。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法，包括以下步骤：

获取有构网型变流器接入的微电网的相关参数；

将获取的相关参数输入预先构建的等值频率响应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

进一步，所述将获取的相关参数输入预先构建的等值频率相应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析，包括：

确定扰动功率作用下，有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角频域表达式；

基于确定的功率-频率-功角频域表达式，建立有构网型变流器接入的微电网的等值两机系统模型；

对等值两机系统模型进行聚合、降阶、解耦、简化，得到扰动功率对应的电网频率表达式；

基于扰动功率对应的电网频率表达式，完成有构网型变流器接入的微电网的等值频率响应模型构建；

将获取的相关参数输入等值频率相应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

进一步，所述确定扰动功率作用下，有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角频域表达式，包括：

确定有构网型变流器接入的微电网中，与其功率-频率-功角相关联的主要元件；

在扰动功率作用下，根据同步发电机转子摇摆方程和主要元件的功率变化，确定微电网的功率-频率-功角的频域表达式。

进一步，所述主要元件至少包括：火电机组，跟网型变流器控制元件，负荷，构网型变流器控制元件。

进一步，所述功率-频率-功角的频域表达式为：

式中，H

进一步，所述扰动功率对应的电网频率表达式为：

第二方面，本发明提供一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析系统，包括：

数据获取模块，用于获取有构网型变流器接入的微电网的相关参数；

频率响应分析模块，用于将获取的相关参数输入预先构建的等值频率响应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

进一步，所述频率响应分析模块包括：

频域表达式确定模块，用于确定扰动功率作用下，有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角频域表达式；

等值两机系统模型构建模块，用于基于确定的功率-频率-功角频域表达式，构建有构网型变流器接入的微电网的等值两机系统模型；

化简模块，用于对等值两机系统模型进行聚合、降阶、解耦、简化，得到扰动功率对应的电网频率表达式；

等值频率响应模型构建模块，用于基于扰动功率对应的电网频率表达式，完成有构网型变流器接入的微电网的等值频率响应模型构建；

分析模块，用于将获取的相关参数输入等值频率相应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

第三方面，本发明提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述方法中的任一方法。

第四方面，本发明提供一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述方法中的任一方法的指令。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明考虑构网型变流器的电压源外特性进行建模，能够有效契合构网型变流器的接入特征，准确反映含构网型变流器接入的微电网的动态频率响应。

2、本发明综合考虑火电机组、跟网型元件、构网型元件、负荷，所提出等值频率响应模型考虑问题全面，更适用于高比例电力电子器件接入的微电网。

3、本发明将多机、多阶数频率响应模型进行了降阶及等值，所得到的模型结构简单、阶数较少，易于快速计算及求解频率响应结果。

因此，本发明可以广泛应用于电网动态频率分析领域。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法流程图；

图2是本发明实施例提供的有构网型变流器接入的微电网的等值两机系统模型；

图3是本发明实施例提供的有构网型变流器接入的微电网的等值频率响应模型。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

针对构网型变流器的电压源外特性，本发明的一些实施例中，提供一种一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法。首先，确定构网型变流器接入微电网的功率-频率-功角频域表达式；其次，建立构网型变流器接入微电网的等值两机系统模型；之后，对等值模型进行聚合、降阶、解耦、简化；再次，完成构网型变流器接入微电网的等值频率响应模型的构建；最后，基于等值频率响应模型对构网型变流器接入微电网进行动态频率分析。

与之相对应地，本发明的另一些实施例中，提供一种对微电网进行等值频率响应分析的系统、设备和介质。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法，包括以下步骤：

1)获取有构网型变流器接入的微电网的相关参数；

2)将获取的相关参数输入预先构建的等值频率响应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析，为新型电力系统的构建提供支撑与指导。

优选地，上述步骤1)中，微电网主要指由分布式电源、储能、负荷等组成的发输配用一体的微型系统，通常运行电压等级不超过35kV，发输配用紧密耦合，包括但不限于海上油田群电网等。

优选地，上述步骤2)中，有构网型变流器接入微电网的等值频率响应模型的构建方法，包括以下步骤：

2.1)确定扰动功率作用下，有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角频域表达式；

2.2)基于步骤2.1)确定的功率-频率-功角频域表达式，建立有构网型变流器接入的微电网的等值两机系统模型；

2.3)对等值两机系统模型进行聚合、降阶、解耦、简化，得到扰动功率对应的电网频率表达式；

2.4)基于扰动功率对应的电网频率表达式，完成有构网型变流器接入的微电网的等值频率响应模型构建；

2.5)将获取的相关参数输入等值频率相应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

优选地，上述步骤2.1)中，包括以下步骤：

2.1.1)确定有构网型变流器接入的微电网中，与其功率-频率-功角相关联的主要元件。

本实施例中，从能量发出和使用角度，将有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角相关联的主要元件分为：火电机组(本实施例在建模过程中主要考虑燃气轮发电机组)，跟网型变流器控制元件(新能源电源、储能等)，负荷，构网型变流器控制元件(新能源电源、储能等)。

2.1.2)在扰动功率作用下，根据同步发电机转子摇摆方程和主要元件的功率变化，确定有构网型变流器接入的微电网的功率-频率-功角的频域表达式。

微电网各元件电气距离较近，可忽略频率时空分布效应及网络结构影响。设电源、负荷波动或元件故障对应扰动功率ΔP

式中，H

式(1)中，ΔP

首先，ΔP

式中，λ

设M＝[R

其次，与原动机-调速器响应电网频率变化的有功功率ΔP

式中，T

最后，ΔP

式中，V

优选地，上述步骤2.2)中，如图2所示，根据式(1)至式(5)关系，建立构网型变流器接入微电网的等值两机系统模型。图中，w

式中，P

优选地，上述步骤2.3)中，为快速求解频率响应结果，对构网型变流器接入微电网的等值两机系统模型进行聚合、降阶、解耦、简化。

首先，对ΔP

式中，根据T

然后，由于构网型变流器端口电压、微电网平均电压变化不大，认为V

因此，将式(6)、(7)、(8)代入式(2)可得，构网型变流器接入微电网的功率-频率-功角频域表达式的近似结果如式(9)。

之后，对式(9)联立的等式进行消元，消去构网型变流器虚拟频率Δf

最后，对式(10)中电网频率Δf

式中，A＝w

综上，对等值模型进行聚合、降阶、解耦、简化后，扰动功率ΔP

优选地，上述步骤2.4)中，如图3所示，基于扰动功率ΔP

实施例2

上述实施例1提供了一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法，与之相对应地，本实施例提供一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析系统。本实施例提供的系统可以实施实施例1的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法，该系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例提供的系统的实施例仅仅是示意性的。

本实施例提供的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析系统，包括：

数据获取模块，用于获取有构网型变流器接入的微电网的相关参数；

频率响应分析模块，用于将获取的相关参数输入预先构建的等值频率响应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

优选地，频率响应分析模块包括：

频域表达式确定模块，用于确定扰动功率作用下，构网型变流器接入微电网的功率-频率-功角频域表达式；

等值两机系统模型构建模块，用于基于确定的功率-频率-功角频域表达式，构建构网型变流器接入微电网的等值两机系统模型；

化简模块，用于对等值两机系统模型进行聚合、降阶、解耦、简化，得到扰动功率对应的电网频率表达式；

等值频率响应模型构建模块，用于基于扰动功率对应的电网频率表达式，完成构网型变流器接入微电网的等值频率响应模型构建；

分析模块，用于将获取的相关参数输入等值频率相应模型，对有构网型变流器接入的微电网进行等值频率响应分析。

实施例3

本实施例提供一种与本实施例1所提供的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。

所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法。

在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

实施例4

本实施例1的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的一种有构网型变流器接入的微电网的频率响应分析方法的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。