一种电网频率安全在线分析方法与装置

技术领域

本申请涉及电力系统领域，具体涉及一种电网频率安全在线分析方法与装置。

背景技术

随着新能源装机占比的不断增加，系统的惯量水平快速降低，为应对新能源发电的间歇性、随机性带来的电力保供问题，加强电网互联互供成为重要的技术手段。但我国电网呈现“强直弱交”的特点，直流输电将大电网分隔，旋转惯量难以共享，加之新能源电力系统运行方式复杂多变，电网的惯量水平难以在线评估和管控。

目前系统惯量的在线评估主要依据运行经验及系统仿真获得，缺乏理论支撑。调频备用、非同步发电渗透率等指标仅可用于侧面表征系统的在线频率安全，无法直接对系统在线频率安全量化评估，仅适于作为参考，用于指导频率安全在线评估存在不足。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种电网频率安全在线分析方法与装置，解决或改善了现有技术中电网系统频率在线分析评估准确性不足，电网频率安全难以保证的技术问题。

根据本申请的一个方面，本申请提供了一种电网频率安全在线分析方法，此电网频率安全在线分析方法包括：获取系统惯量充裕度根据所述系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；根据所述频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；评估所述系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；以及根据所述频率变化速率以及所述频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；根据所述惯量充裕度评估结果以及所述安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。

在一种可能的实现方式中，所述获取系统等效惯量充裕度，包括：获取系统等效惯量系数以及惯量充裕度基准；根据所述惯量充裕度基准对所述系统等效惯量系数进行标幺化处理，将处理后的所述系统等效惯量系数作为所述系统惯量充裕度。

在一种可能的实现方式中，所述获取系统等效惯量系数，包括：获取发电机组的旋转动能和启停状态、马达的旋转动能和启停状态、电力电子型电源的等效旋转动能和启停状态以及系统的负荷；将所述发电机组的旋转动能的启停状态、所述马达的旋转动能和启停状态、所述电力电子型电源的等效旋转动能和启停状态以及所述系统的负荷代入公式(一)，计算所述系统等效惯量系数；

其中，ρ表示系统等效惯量系数，

在一种可能的实现方式中，所述获取系统的负荷，包括：获取同步电源出力、电力电子型电源出力以及外受电功率；根据所述同步电源出力、所述电力电子型电源出力以及所述外受电功率，计算所述系统的负荷。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式，包括获取功率冲击、电源的启停状态、系统的负荷以及马达的负荷；根据所述功率冲击、所述电源的启停状态、所述系统的负荷以及所述马达的负荷，计算所述频率变化速率。

在一种可能的实现方式中，所述评估所述系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果，包括：获取当前区域电网的典型运行方式下的最小惯量充裕度；对比所述系统惯量充裕度以及所述最小惯量充裕度，当所述所述系统惯量充裕度大于或等于所述最小惯量充裕度时，所述惯量充裕度评估结果为频率安全裕度充足；当所述系统惯量充裕度小于所述最小惯量充裕度时，所述惯量充裕度评估结果为频率安全裕度不足，并调整电网的当前运行方式。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述频率变化速率以及所述频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域，包括：获取电网当前运行方式下的最大功率冲击；获取电网当前运行方式下的负荷惯量特性；根据所述最大功率冲击以及所述负荷惯量特性，获取电源等效旋转动能需求；获取机组的启停组合；以及根据所述机组的启停组合以及所述电源等效旋转动能需求，判断是否存在所述电网频率的安全运行域；其中，当所述机组的启停组合满足所述电源等效旋转动能需求，存在所述电网频率的安全运行域，当所述机组的启停组合不满足所述电源等效旋转动能需求，不存在所述电网频率的安全运行域。

在一种可能的实现方式中，所述获取电网当前运行方式下的最大功率冲击，包括：获取电网当前运行方式下的电压冲击以及功率冲击；根据所述电网当前运行方式下的电压冲击以及功率冲击，获取所述电网当前运行方式下的最大冲击功率。

在一种可能的实现方式中，所述获取电网当前运行方式下的负荷惯量特性，包括：获取电网当前运行方式下的马达惯量以及负荷大小；根据所述电网当前运行方式下的马达惯量以及负荷大小，获取所述电网当前运行方式下的负荷惯量特性。

根据本申请的另一个方面，本申请还提供了一种电网频率安全在线分析装置，此电网频率安全在线分析装置包括：系统惯量充裕度获取模块，用于获取系统惯量充裕度；频率变化速率计算模块，用于根据所述系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；频率安全影响因素获取模块，用于根据所述频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；惯量充裕度评估结果获取模块，用于评估所述系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；以及安全运行域判断模块，用于根据所述频率变化速率以及所述频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；电网频率安全分析模块，用于根据所述惯量充裕度评估结果以及所述安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。

本申请提供了一种电网频率安全在线分析方法与装置。其中，上述电网频率安全在线分析方法具体包括如下步骤：获取系统惯量充裕度；根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；根据频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；以及根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；根据惯量充裕度评估结果以及安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。本申请提供的这种电网频率安全在线分析方法，可以有效建立电网频率安全水平在线评估指标，提出可适用于新能源高占比互联电网的频率安全水平在线评估方法，简化安全评估工作，减少所需仿真计算工作量，提出电网惯量充裕度在线评估流程及安全运行域分析方法，为电网安全运行提供决策依据。

附图说明

图1所示为本申请一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法的流程示意图。

图2所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法的流程示意图。

图3所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的系统惯量充裕度在线评估方法的流程示意图。

图4所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网频率的安全运行域判断方法的流程示意图。

图5所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中功率冲击比、惯量充裕度与RoCoF的关系示意图。

图6所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网安全运行域的在线评估方法的流程示意图。

图7所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网频率安全运行域的示意图。

图8所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的改进WSCC9节点系统的结构示意图。

图9所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的功率冲击后改进WSCC9节点系统的RoCoF变化曲线图。

图10所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的联络线故障后系统的RoCoF变化曲线图。

图11所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的马达负荷惯量对RoCoF影响曲线图。

图12所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的不同运行方式的频率变化特性曲线图。

图13所示为本申请一实施例提供的电子设备的结构框图。

具体实施方式

本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

申请人对于现有技术中电网系统频率在线分析评估准确性不足，电网频率安全难以保证的原因进一步分析，得知：

随着新能源装机占比的不断增加，系统的惯量水平快速降低，为应对新能源发电的间歇性、随机性带来的电力保供问题，加强电网互联互供成为重要的技术手段。但我国电网呈现“强直弱交”的特点，直流输电将大电网分隔，旋转惯量难以共享，加之新能源电力系统运行方式复杂多变，电网的惯量水平难以在线评估和管控。

新能源高占比电网的频率安全问题研究主要围绕系统响应特性、系统惯量评估、稳定分析与控制等方面展开。其中，系统惯量是表征电网抵御频率变化能力的重要指标，也是研究系统响应特性和制定稳定控制策略的基础，电网的频率变化率(rate of change offrequency,RoCoF)、暂态频率偏差与稳态频率偏差三个频率安全指标均与系统惯量水平相关。现有技术已从同步、异步旋转惯量、电磁耦合等效惯量与虚拟惯量的角度定义了电力系统广义惯量，分析了需求侧对系统惯量的支持作用，提出基于扰动法的源荷两侧惯量转动惯量特性在线快速估计方法，为系统的发电策略制定和输送限额核准提供了决策依据，也为系统频率安全水平的评估提供了基础。

目前系统惯量的在线评估主要依据运行经验及系统仿真获得，缺乏理论支撑。调频备用、非同步发电渗透率等指标仅可用于侧面表征系统的在线频率安全，无法直接对系统在线频率安全量化评估，仅适于作为参考，用于指导频率安全在线评估存在不足。

针对上述问题，综合考虑电网惯量构成，建立电网惯量水平参考基准，计及电网的电源惯量、负荷惯量和交换功率提出电网的惯量充裕度指标与RoCoF指标，分析影响系统频率安全的影响因素，提出考虑RoCoF约束的频率安全水平在线评估方法和频率安全运行域分析方法，为电网的频率安全在线评估和安全管控提供决策依据，对电网的安全运行具有重要意义。

因此，本申请提供了一种电网频率安全在线分析方法与装置。其中，上述电网频率安全在线分析方法具体包括如下步骤：获取系统惯量充裕度；根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；根据频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；以及根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；根据惯量充裕度评估结果以及安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。本申请提供的这种电网频率安全在线分析方法，可以有效建立电网频率安全水平在线评估指标，提出可适用于新能源高占比互联电网的频率安全水平在线评估方法，简化安全评估工作，减少所需仿真计算工作量，提出电网惯量充裕度在线评估流程及安全运行域分析方法，为电网安全运行提供决策依据。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1所示为本申请一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法的流程示意图。如图1所示，该电网频率安全在线分析方法具体可以包括如下步骤：

步骤100：获取系统惯量充裕度。

系统惯量表示对系统状态(频率)改变的抵抗程度，涵盖了在调速系统作用前所有抑制频率变化的因素；充裕度用于表示电力系统的稳态性能；系统惯量充裕度为本申请定义的概念。由于电力系统的频率安全水平与系统(等效)旋转惯量的充裕水平紧密相关，系统的(等效)旋转惯量可表示为网内所有旋转元件的总动能与电力电子型电源的等效动能之和。

步骤200：根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式。

系统的频率变化速率(RoCoF，rate of change of frequency)是与系统惯量水平直接相关的技术指标。由上述系统惯量充裕度换算，结合系统功率冲击、初始运行频率等可以得到评率变化率的计算方式，从而更加有效地进行系统惯量水平的确定。

步骤300：根据频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素。

频率安全影响因素包括但不限于如系统受到的故障冲击、马达惯量影响以及对外交换功率影响等，此类因素都是影响系统频率变化的因素，根据此类因素可以更加有效地对电网频率的安全性进行评估以及分析，保证电网运行过程的可靠性。

步骤400：评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果。

惯量充裕度评估结果为对系统惯量充裕度进行在线评估后，得到的频率安全分析结果，如当前运行方式下频率安全裕度充足或不足等。该评估方式适应负荷特性、发电方式、对外交换功率频繁变化的新能源电力系统，可显著减少在线评估工作量。

步骤500：根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域。

电网频率的安全运行域是电网系统整体可安全稳定运行的区域，系统运行点与边界的相对关系可提供安全裕度和最优控制信息，能使电力系统在线实时安全监视、防御与控制更科学和更有效。

步骤600：根据惯量充裕度评估结果以及安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。

本申请计及系统开机方式、出力计划、负荷惯量及外受电水平，定义了互联电网的系统惯量充裕度指标，得到了系统RoCoF计算方法，提出了安全运行域的分析方法与外受电能力计算方法，为频率安全在线分析提供了技术指标和评估依据，该方法间简洁明了、计算精确，能够提供电网频率安全分析量化指标，显著提升电网频率安全分析效率。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，步骤100(获取系统惯量充裕度)进一步可以包括如下步骤：

步骤110：获取系统等效惯量系数以及惯量充裕度基准。

系统等效惯量系数为结合同步电源、马达负荷以及电力电子型电源的惯性支撑能力等多种因素设定的系数，惯量充裕度基准为用于进行系统等效惯量系数标幺化处理的基准数据。

步骤120：根据惯量充裕度基准对系统等效惯量系数进行标幺化处理，将处理后的系统等效惯量系数作为系统惯量充裕度。

利用综合多种因素的系统等效惯量系数，得到系统惯量充裕度，将此系统惯量充裕度作为电网频率安全水平在线评估的指标，可以使得评估流程更加简化，减少了仿真计算的工作量，为电网的安全运行提供了决策依据。

具体的，在本申请一实施例中，步骤110(获取系统等效惯量系数以及惯量充裕度基准)可以包括如下步骤：

步骤111：获取发电机组的旋转动能和启停状态、马达的旋转动能和启停状态、电力电子型电源的等效旋转动能和启停状态以及系统的负荷。

步骤112：将发电机组的旋转动能的启停状态、马达的旋转动能和启停状态、电力电子型电源的等效旋转动能和启停状态以及系统的负荷代入公式(一)，计算系统等效惯量系数。

其中，ρ表示系统等效惯量系数，

进一步的，步骤111(获取发电机组的旋转动能和启停状态、马达的旋转动能和启停状态、电力电子型电源的等效旋转动能和启停状态以及系统的负荷)中的“获取系统的负荷”，具体可以包括如下步骤：

步骤1110：获取同步电源出力、电力电子型电源出力以及外受电功率。

步骤1111：根据同步电源出力、电力电子型电源出力以及外受电功率，计算系统的负荷。

不计网损时，系统的负荷大小可表示为系统内部的同步电源出力、电力电子型电源出力与外受电功率之和，具体如公式(三)所示，

其中，L

此外，对于公式(一)中的马达的旋转动能总额，可以通过如下的公式(四)获得，

其中，η为马达负荷比例，H

将公式(三)和公式(四)代入公式(一)，可以计算得到负荷惯量与外受电影响的系统等效惯量系数的计算式(五)。

根据计算式(五)以及上述惯量充裕度基准，对系统等效惯量系数进行标幺化处理，得到系统等效惯量充裕度的计算式(六)如下：

其中，ρ

惯量充裕度基准ρ

不难理解，当ρ

下面以典型省级电网的惯量充裕度基准举例，具体的惯量充裕度基准如表1所示。

表1典型省级电网的惯量充裕度基准

表1中，电网a为典型的交流受端电网，电网b为典型的交直流受端电网，电网c为水电丰富的送端电网。

不考虑电力电子型电源及马达负荷的惯量影响时，令表1所示电网中的水电调相运行，火电运行于最小技术出力状态(30％额定功率)，得到典型省级电网(最大)系统惯量充裕度如表2。

表2典型省级电网的惯量充裕度

在另一种可能的实现方式中，如图2所示，步骤200(根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式)进一步可以包括如下步骤：

步骤210：获取功率冲击、电源的启停状态、系统的负荷以及马达的负荷。

步骤220：根据功率冲击、电源的启停状态、系统的负荷以及马达的负荷，计算频率变化速率。

系统的频率变化速率是与系统惯量水平直接相关的技术指标。令系统受到的功率冲击为ΔP

/>

其中，f

进一步推导可得公式(十)如下所示，

由公式(九)可知，系统的频率变化率受功率冲击大小、电源启停状态和系统负荷水平、马达负荷等共同影响。通过降低故障的功率冲击、开启具备(等效)旋转惯量的电源、提升负荷的惯量水平都可以降低系统受扰后的RoCoF。

值得一提的是，对于上述可降低系统受扰后的频率变化率的因素，本申请可以提供以下分析：

首先，对于故障的功率冲击，由公式(九)可知，为使系统受扰后的RoCoF低于频率变化最大安全速率τ

由公式(十一)可知，系统可承受的最大功率冲击与网内机组启停状态，马达负荷特性以及系统允许最大RoCoF都有相关关系。

忽略扰动初期的频率变化对频率敏感型负荷的影响，系统受到的功率冲击可分解为直接功率冲击ΔP

ΔP

直接功率冲击ΔP

在公式(十三)中，P

由公式(十三)可知，电压瞬时变化造成的功率冲击为：

因此，考虑系统的故障冲击承受能力时，应同时考虑该故障造成的直接功率缺额和电压变化造成的功率扰动。

其次，对于外交换功率对系统造成的影响，可通过如下方式分析：

对上述计算式(五)进行如下分解，令：

其中，ρ

当系统对外交换功率P

再次，对于马达惯量而言，由计算式(十五)可知，在同一系统中负荷惯量ρ

我国在电网仿真中多采用典型负荷模型“恒阻抗+马达”模型，各省级电网的马达负荷比例约为30％-70％，负荷模型的均一惯量系数为2s。依据公式(十七)计算得到某一典型方式下，不计及电力电子型电源的等效惯量时，典型省级电网的负荷惯量与电源惯量比例如表3所示。

表3典型省级电网的荷源惯量比

如表3所示，马达负荷提供的旋转惯量，约占电源惯量的15％-40％。因此在电网的频率安全分析中，考虑电网负荷的旋转惯量影响是十分必要的，如忽略负荷惯量大小将造成较大的偏差。实际中可通过统计法、扰动法对电网的负荷惯量进行评估。

最次，对于系统中惯量以及出力间的置换关系，区域电网的等效惯量系数如计算式(十五)所示，系统等效惯量包括电源部分ρ

同理，如公式(三)所示，当区域电网内电源的启停状态确定且电源的(等效)旋转惯量不随出力水平变化时，电源的总发电出力和外受电水平进行等量置换不改变系统的惯量水平。区域电网内的电源间也存在出力大小的等量置换关系，仅改变发电计划不改变系统的惯量大小。

具体的，在本申请另一实施例中，如图2所示，步骤400(评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果)具体可以包括如下步骤：

步骤410：获取当前区域电网的典型运行方式下的最小惯量充裕度。

能源电力系统运行方式多、变化快，通过在线仿真的方式实时评估系统的惯量充裕水平，工作量大，时效性差，存在较大困难。

由上述分析内容可知，旋转惯量和发电出力具有可置换特点，惯量充裕度ρ

步骤420：对比系统惯量充裕度以及最小惯量充裕度，当系统惯量充裕度大于或等于最小惯量充裕度时，惯量充裕度评估结果为频率安全裕度充足。

步骤430：当系统惯量充裕度小于最小惯量充裕度时，惯量充裕度评估结果为频率安全裕度不足，并调整电网的当前运行方式。

图3所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的系统惯量充裕度在线评估流程示意图。如图3所示，系统惯量充裕度评估可采用图所示“离线检验+在线比对”方式开展。该评估方式适应负荷特性、发电方式、对外交换功率频繁变化的新能源电力系统，可显著减少在线评估工作量。同时，当评估结果为系统的频率安全裕度不足时，可及时调整当前时刻的运行方式，从而保证电力系统的正常运行，降低安全事故发生的概率。

在一种可能的实现方式中，图4所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网频率的安全运行域判断方法的流程示意图。如图4所示，步骤500(根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域)可以包括如下步骤：

步骤510：获取电网当前运行方式下的最大功率冲击。

步骤520：获取电网当前运行方式下的负荷惯量特性。

步骤530：根据最大功率冲击以及负荷惯量特性，获取电源等效旋转动能需求。

步骤540：获取机组的启停组合。

步骤550：根据机组的启停组合以及电源等效旋转动能需求，判断是否存在电网频率的安全运行域。

其中，当机组的启停组合满足电源等效旋转动能需求，存在电网频率的安全运行域，当机组的启停组合不满足电源等效旋转动能需求，不存在电网频率的安全运行域。

为分析电网系统的安全运行域，令区域电网受到的功率冲击占区域电网总负荷的比例为：

将公式(十八)代入公式(八)得到：

由此可知，对某个区域电网而言，功率冲击比ΔP′

对于实际电网，系统允许的最大RoCoF一般设定为某一固定值。区域电网的运行方式时刻发生变化，负荷大小、马达惯量大小以及可能出现的最大功率冲击都随着运行方式的变化时刻发生改变。电源启停状态、发电计划、外受电大小成为了保障系统RoCoF安全的可控因素。

为使系统的运行方式保持一定的频率安全裕度，可结合步骤500所示的分析流程在线评估电网安全运行可行域。

具体的，在本申请一实施例中，步骤510(获取电网当前运行方式下的最大功率冲击)可以包括如下步骤：

步骤511：获取电网当前运行方式下的电压冲击以及功率冲击。

步骤512：根据电网当前运行方式下的电压冲击以及功率冲击，获取电网当前运行方式下的最大冲击功率。

同时，步骤520(获取电网当前运行方式下的负荷惯量特性)可以包括如下步骤：

步骤521：获取电网当前运行方式下的马达惯量以及负荷大小。

步骤522：根据电网当前运行方式下的马达惯量以及负荷大小，获取电网当前运行方式下的负荷惯量特性。

通过对即时运行方式中诸如电压供给、功率冲击、马达惯量以及负荷大小等因素的评估和监测，可得到该运行方式下的最大功率冲击和负荷惯量特性，考虑电网的频率变化约束τ＜τ

该运行方式下，如机组的启停组合无法满足最小安全旋转动能需求，则不存在频率安全运行域，需对运行方式进行调整，切除部分负荷；如机组的启停组合可获得大于最小安全需求的旋转动能，则存在频率安全运行域。图6所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网安全运行域的在线评估方法的流程示意图。图7所示为本申请另一实施例提供的一种电网频率安全在线分析方法中的电网频率安全运行域的示意图。电源启停状态、机组发电计划、外受电功率的安全组合方式就形成了如图7所示的电网频率安全运行域。

其中，网内机组的启停状态决定了电源的等效旋转动能，网内发电量与外受电之和约等于系统负荷大小，网内发电量受已开启机组的最大、最小技术出力约束。实际的机组启停状态、发电计划以及外受电，可在频率安全运行域内，考虑经济性等其它约束确定。

此外，申请人对于上述电网频率安全在线分析方法进行了相关指标准确性的仿真验证，足以说明此在线分析方法的准确性。

图8所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的改进WSCC9节点系统的结构示意图。基于PSD-BPA软件搭建改进的WSCC 9节点算例进行仿真验证，算例源荷情况如表4所示，以如图8所示的运行状态为基础方式a。系统S1与9节点算例通过电力电子型设备联络，不提供旋转惯量支撑，光伏电源不提供等效旋转惯量，不考虑机组的调频系统。方式a的负荷模型为“恒阻抗+马达”模型，马达比例为60％。

表4改进的WSCC 9节点系统配置

理论计算：由式(5)计算得到算例在方式a的等效惯量系数ρ为6.813s。由式(7)计算得到算例的惯量充裕度基准为4.865s，由式(6)计算得惯量充裕度指标为1.4。由式(9)计算得到系统受到10MW的功率冲击时，频率跌落速度为0.04696Hz/s。

图9所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的功率冲击后改进WSCC9节点系统的RoCoF变化曲线图。为检验频率安全指标的评价效果，仿真得到方式a，系统在1s时刻受到10MW功率冲击后的频率变化曲线如图9所示。

由图9仿真曲线可知，系统在故障后1s时频率跌落了0.04653Hz，考虑到负荷的频率调节效应，系统的最大频率跌落速度应略大于0.04653Hz/s。上述内容应用公式(九)计算得到系统频率跌落理论速度为0.04696Hz/s，理论计算结果与仿真结果差值小于0.00043Hz/s，公式(九)计算误差小于1.1％。提出的频率安全评估指标可准确计算频率跌落速度。

图10所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的联络线故障后系统的RoCoF变化曲线图。将上述系统允许的RoCoF最大值设定为0.500Hz/s，依据公式(十六)计算得到最大外受电功率为109.1MW。保持G1、G2开机，外受电为109.1MW，仿真得到在1s时刻出现联络线断线故障时，系统的频率变化如图10所示。

故障后1s(即2s)时频率跌落约为0.487Hz，考虑到负荷的调节作用，故障后的频率跌落速度应大于0.487Hz/s，仿真结果与设定值0.500Hz相差小于2.6％。

在不同RoCoF限制下，系统最大外受电能力的计算值和仿真值结果对比如表5所示，三种RoCoF限制下的误差在2.2％-4.0％之间，这表明式(16)可以较为精确地计算出系统受扰后最大RoCoF限制下的外受电能力。

表5系统最大外受电的计算值和仿真值的对比

由计算式(十五)计算得到方式a下电源等效惯量系数ρ

图11所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的马达负荷惯量对RoCoF影响曲线图。方式a下，仿真系统受到相同的功率冲击时，考虑和忽略马达惯量影响的系统RoCoF曲线如图10所示。由图11可知，不考虑马达惯量的影响时，系统的RoCoF明显高于考虑马达负荷惯量。马达惯量是系统等效惯量的重要组成部分，忽略马达惯量的影响，将造成电网频率特性评估不准确，导致运行方式的评估过于保守。

为检验上述等效惯量及电源出力的置换特性，以基础方式a为参照，保持等效惯量充裕度ρ*为1.4不变，将旋转动能和发电出力进行置换调整，形成b、c、d、e四种运行方式。对上述5种运行方式进行仿真，分析不同运行方式下，系统受到相同功率冲击时的频率变化特性。5种运行方式的配置情况如表6所示，图12所示为本申请另一实施例提供的仿真验证过程中的不同运行方式的频率变化特性曲线图。，频率变化曲线如图12所示。

表6不同运行方式的系统参数

如表6所示，与方式a相比，方式b增大了负荷旋转惯量，减小了火电机组G1的惯量；方式c增大了负荷旋转惯量，减小了全部火电机组的惯量；方式d重新调整了两台火电的发电量；方式e减小了火电发电量，增加了外受电功率。

如图12所示，方式a、b、c、d在受到相同功率冲击故障时，频率跌落曲线基本相同，均为0.04653Hz/s，方式e的初始跌落速度相同，跌落深度与前者稍有差异，最大差距不超过3.2％。

由方式a与b、c的对比可知，系统的源荷惯量存在置换关系，保持总惯量不变则系统的频率特性不变。由方式a与d、e的对比可知，等效旋转惯量不变时，网内电源间、网内发电与外受电间具有置换关系。仿真结果表明，等效惯量系数相同的运行方式，受到功率冲击后的频率变化特性也基本相同，侧面验证计算式(五)、公式(九)的准确性。

由此可知，本申请计及系统开机方式、出力计划、负荷惯量及外受电水平，定义了互联电网的系统惯量充裕度指标，得到了系统RoCoF计算方法，提出了安全运行域的分析方法与外受电能力计算方法，为频率安全在线分析提供了技术指标和评估依据，通过理论与仿真相互验证，检验了所提指标的准确性。改方法间简洁明了、计算精确，能够提供电网频率安全分析量化指标，显著提升电网频率安全分析效率。

根据本申请的第二个方面，本申请还提供了一种电网频率安全在线分析装置，此电网频率安全在线分析装置包括：系统惯量充裕度获取模块、频率变化速率计算模块、频率安全影响因素获取模块、惯量充裕度评估结果获取模块、安全运行域判断模块以及电网频率安全分析模块。其中，系统惯量充裕度获取模块用于获取系统惯量充裕度；频率变化速率计算模块用于根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；频率安全影响因素获取模块用于根据频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；惯量充裕度评估结果获取模块用于评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；安全运行域判断模块用于根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；电网频率安全分析模块用于根据惯量充裕度评估结果以及安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。

上述电网频率安全在线分析装置用于应用上述电网频率安全在线分析方法，其所产生的有益效果与上述方法相同，在此将不再重复说明。

下面，参考图13来描述根据本申请实施例的电子设备。

图13图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。

如图13所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。

处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。

存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的电网频率安全在线分析方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

在该电子设备是单机设备时，该输入装置13可以是通信网络连接器，用于从第一设备和第二设备接收所采集的输入信号。

此外，该输入设备13还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置14可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出设备14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图13中仅示出了该电子设备10中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。

作为本申请的第三个方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于执行下列步骤：

获取系统惯量充裕度；根据系统惯量充裕度，获取频率变化速率的计算方式；根据频率变化速度的计算方式，获取频率安全影响因素；评估系统惯量充裕度，获取惯量充裕度评估结果；以及根据频率变化速率以及频率安全影响因素，判断是否存在电网频率的安全运行域；根据惯量充裕度评估结果以及安全运行域的存在情况，分析当前运行方式下的电网频率安全。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序信息，计算机程序信息在被处理器运行时使得处理器执行本说明书中描述的根据本申请各种实施例的电网频率安全在线分析方法中的步骤。

计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序信息，计算机程序信息在被处理器运行时使得处理器执行本说明书根据本申请各种实施例的电网频率安全在线分析方法中的步骤。

计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。