[发明专利]电力系统转动惯量在线实用化估计核心方法

说明书

本发明公开了一种电力系统转动惯量在线实用化估计核心方法。所述电力系统的转动惯量包括发电机和电动机及其拖动的转动机械的惯量，电源侧常规同步发电机、新能源机组和负荷侧带负载电动机均可为系统提供惯量支撑。本发明以调度快速掌握系统实时转动惯量为出发点，在调度实时掌握当前运行方式机组类型、投入与否、出力、负荷等数据的基础上，利用统计法统计源、荷侧在线机组惯量。以此为线索，从物理构成要素出发，提出了系统整体转动惯量为发电侧发电机与负荷侧电动机惯量之和的物理概念，在理论计算源、荷侧惯量的基础上，推导出一种用统计法累加源、荷侧惯量的系统整体转动惯量在线实用化估计方法。

技术领域

本发明涉及电力系统运行状态量化评估领域，尤其涉及一种高比例新能源接入和大规模交直流电网结构下的电力系统转动惯量计算评估方法。

背景技术

我国经济正从高速发展转向高质量发展。在能源领域，随着能源生产和消费革命持续推进，生产侧清洁化和消费侧电气化成为当前我国能源体系重要的趋势和特点。2019年国家电网公司提出到2050年我国能源清洁化率达到50％和终端电气化率达到50％的双50％目标^[1]，将使我国已形成的世界上规模最大的交直流互联电网动态特性更加复杂、安全稳定运行风险加大。客观上对新形势下电力系统状态，特别是更具时效的转动惯量感知方法、更加精准的转动惯量计算技术和更加可靠的分析评估手段提出更高要求。

一个准确快速的系统惯量在线评估方法是在调控运行中时刻监视系统具有惯量水平的核心内容。关于惯量计算方法，文献均以发生切机扰动为计算前提。文献[7]-[11]从模拟电网事故Contingencies角度出发，用扰动法将事故后功率和频率差额带入公式计算转动惯量。然而扰动法存在2个问题：1)只能计算切机事件当时的转动惯量，无法计算正常运行方式的转动惯量；2)需人工设置、整理计算数据，过程繁琐、费时，不满足在线计算需求。

电力系统的转动惯量包括发电机和电动机及其拖动的转动机械的惯量。电源侧常规同步发电机、新能源机组和负荷侧带负载电动机均可为系统提供惯量支撑。以调度快速掌握系统实时转动惯量为出发点，在调度实时掌握当前运行方式机组类型、投入与否、出力、负荷等数据的基础上，利用统计法统计源、荷侧在线机组惯量。以此为线索，从物理构成要素出发，首先提出了系统整体转动惯量为发电侧发电机与负荷侧电动机惯量之和的物理概念。在理论计算源、荷侧惯量的基础上，推导出一种用统计法累加源、荷侧惯量的系统整体转动惯量在线实用化估计方法。

发明内容

本发明针对上述问题，在理论计算源、荷侧惯量的基础上，推导出一种用统计累加源、荷侧惯量的系统整体转动惯量在线实用化估计方法，所提算法可在计划层面对转动惯量进行摸底研究，在运行层面为实时控制策略提供参考，可复制推广性强。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电力系统转动惯量在线实用化估计核心方法，其包括：

S1：定义电力系统转动惯量为电源侧同步发电机、非同步发电机和负荷侧带负载电动机的转动惯量和；

S2：获取发电机铭牌参数，计算同步发电机单机的转动惯量J_m，其计算公式为：

式中，H_m为国际通用转动惯量时间常数，S_s为系统容量基准值，f₀为系统频率基准值；

S3：计算所有并网的同步发电机的转动惯量J_sm，其计算公式为：

式中，H₁、H₂、H₃...H_N为发电侧各台同步发电机转动惯量有名值；

S4：计算非同步发电机的转动惯量J_asm，其计算公式为：