(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211303663.1 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市武侯区一环路 南一段24号 (72)发明人 彭乔　彭泽峰　张英敏　李保宏　 刘天琪　辛悦　 (74)专利代理 机构 成都禾创知家知识产权代理 有限公司 51284 专利代理师 刘凯 (51)Int.Cl. H02J 3/38(2006.01) H02J 3/24(2006.01) G06F 17/15(2006.01) (54)发明名称 基于平均系统频率模型的新能源系统在线 惯性配置方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于平均系统频率模型 的新能源系统在线惯性配置方法， 首先离线辨识 得到电网中各同步发电机的调速系统模型， 然后 周期性地更新频率分析模型以及惯 性配置策略。 在给定的运行周期内， 首先根据电网运行方式将 投运发电机的调速系统模型接入电网， 结合新能 源系统的惯性响应模型以及电网的等效惯性与 阻尼回路得到电网平均系统频率模 型。 基于周期 更新的频率动态分析模型， 计算电网在给定频率 安全校验事件 下的频率最低点， 然后根据频率最 低点与安全边界间的裕度计算临界惯性与惯性 缺额， 该惯 性缺额将以容量大小为基准分配至新 能源场站， 实现对电网频率的有效支撑， 保障电 网安全。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115514008 A 2022.12.23 CN 115514008 A 1.一种基于平均系统频率模型的新能源系统在线惯性配置方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1： 离线建立同步发电机调速系统模型： 将从频率信号至功率信号的传递函数作为同步发电机调速系统的模型， 并将其离线识 别为电网平均系统频率模型的预存 模块； 步骤2： 建立 新能源场站 惯性响应模型： 在新能源功率控制中引入对频率微分的响应， 模拟同步发电机的惯性响应， 计算虚拟 惯性控制产生的附加有功功率； 将新能源场站惯性响应模型接入电网时， 考虑新能源渗透 率， 得到新能源的惯性响应功率； 步骤3： 定义频率安全校验事件： 将严重威胁频率安全的事故定义为频率安全校验事 件； 步骤4： 在线建立 新能源接入电网平均系统频率模型： 将辨识得到的同步发电机调速系统模型， 以及新能源惯性响应模型接入电网， 得到新 能源接入电网平均系统频率模型； 并周期性地根据电网运行方式更新电网平均系统频率模 型， 基于实时更新的电网平均系统频率模型， 将预先设定的频率安全校验事件造成的功率 缺额代入求 解得到最低点频率； 步骤5： 新能源系统在线惯性配置： 根据频率安全评估结果以及频率安全裕度求得电网临界惯性， 根据预先设定的频率安 全校验事件造成的功率缺额和频率最低点时间求解得到临界惯性时间常数； 通过将当前总 等效惯性与临界惯性进行比较来 获得电网的虚拟惯性需求； 将虚拟惯性需求根据新能源容 量大小分配至新能源场站。 2.根据权利要求1所述的基于平均系统频率模型的新能源系统在线惯性配置方法， 其 特征在于， 所述调速系统的模型由同步 发电机制造厂商提供或通过频率信号扰动注入的方 式辨识得到 。 3.根据权利要求1所述的基于平均系统频率模型的新能源系统在线惯性配置方法， 其 特征在于， 所述 步骤2具体包括： 步骤2.1： 确定由虚拟惯性控制产生的附加有功 功率参考为： ΔPf＝‑2HRESsΔf                            (1) 其中， s为频域下的微分算子， ΔPf为由于虚拟惯性控制而为新能源提供的附加功率参 考， HRES为新能源系统提供的虚拟惯 性时间常数， 当新能源不提供虚拟惯 性响应时， HRES＝0； Δf为电网频率偏移； 步骤2.2： 将电网中常规机组的发电系统定义 为： 其中， K为 常规机组发电系数， αi为发电机的标幺值转换系数， 将调速系统模型 从单个发 电机容量基准转换为系统总容量基准； NG为电网内参与频率响应的发电机数量； 将新能源 渗透率定义 为(1‑K)， 当电网不含新能源时， K＝1； 步骤2.3： 考虑新能源渗透率， 新能源的惯性响应功率 为： ΔPRES＝(1‑K)ΔPf＝‑(1‑K)2HRESsΔf                          (3)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115514008 A 2其中， ΔPRES为来自新能源的惯性响应功率。 4.根据权利要求3所述的基于平均系统频率模型的新能源系统在线惯性配置方法， 其 特征在于， 所述 步骤4具体包括： 步骤4.1： 将调速系统 的输入频率信号以一个二 次函数近似； 对调速系统与扰动后系统 惯性环节的解耦处理得到平均系统频率开环模型； 用恒定斜率来模拟调速系统对系统功 率 缺额的总体响应， 即 式中， Pd为功率缺额； tnadir为出现最大频率偏差 的时刻， 也即频率最低点时间， 为未知 常数； ΔPm为调速系统机 械功率的总增量； t为系统发生扰动 后的时间变量； 步骤4.2： 根据通用频率动态分析开环模型得到平均系统频率模型的等效惯性阻尼环 节方程为： 式中， Hsys表示所有同步发电机的等效惯性常数， ΔPe是电磁功率变化 量； 将式(4)以及ΔPe＝Pd代入式(5)得到： 对式(6)积分得 抛物线近似的频率偏移量时域表达式为： 步骤4.3： 基于抛物线近似的频率偏移量时域表达式， 得到系统总一次频率响应为： 式中， 为中间变量， 没有实际含义； Gsys(s)是系统的等效一次频 率响应传递 函数， 具体为 Gsys(s)＝GK(s)+G1‑K(s)                           (9) 式中， GK(s)为发电机调速器的总等效传递函数， G1‑K(s)为新能源场站的总等效传递函 数； Gi(s)为发电机 i的低阶通用调速器传递函 数， Gj(s)为新能源场站j的通用频率响应模型 传递函数； αj为新能源场站的标幺值 转换系数， N 为系统中的电源总数量； 步骤4.4： 将式(10)、 (11)代入式(8)并进行拉普拉斯反变换， 得到系统总一次频率响应 PPFR,sys； 由于频率达 到最低点时系统总一次频率响应PPFR,sys等于功率 缺额Pd， 因此有：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115514008 A 3