[发明专利]一种惯性响应阶段异步电机等效惯量评估方法

说明书

本发明公开了一种惯性响应阶段异步电机等效惯量评估方法，涉及电力系统惯量评估技术领域。近年来，我国电网正逐渐演变为高比例的电力电子电力系统，研究电力系统中的异步电机惯性响应，评估异步电机评估惯性时间尺度下异步电机的有效惯量以及对系统频率调节的支撑作用，对高比例的电力电子电力系统惯量的评估具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电力系统频率稳定领域，尤其涉及一种惯性响应阶段异步电机等效惯量评估方法。

背景技术

近年来，随着大规模新能源、储能和直流输电工程的大量投入，我国许多电网的电力电子设备数量和容量快速增加，电网正逐渐演变为高比例的电力电子电力系统。与传统电力系统相比，系统的惯量不足，负荷侧的惯量占比逐渐升高。异步电机作为电力系统的主要负荷，其惯量不可忽略。现有研究并未从机理上明确分析异步电机的频率动态特性且并未继续对异步电机在惯性响应时间尺度下的频率支撑能力进行评估。本发明研究电力系统中的异步电机惯性响应，评估异步电机评估惯性时间尺度下异步电机的有效惯量以及对系统频率调节的支撑作用，对电力系统惯量的评估以及电力系统频率稳定领域具有重要意义。

因此，本专利计划建立机电暂态下的异步电机模型，推导出其传递函数并分析异步电机对电网呈现惯量的时变特性和影响因素。根据惯量响应阶段频率支撑能力这一思路，评估异步电机对系统频率支撑能力，文中提出异步电机等效惯量的评估模型，量化体现出动态负荷的惯性支撑能力，并针对模型的频率支撑能力及异步电机受到频率扰动后的动态特性进行了分析。

发明内容

为了研究电力系统中的异步电机惯性响应，评估异步电机评估惯性时间尺度下异步电机的有效惯量以及对系统频率调节的支撑作用，本发明提出一种惯性响应阶段异步电机等效惯量评估方法。首先建立机电暂态下的异步电动机的小信号模型，推导出其有关异步电机消耗功率和系统频率偏差的传递函数。同时本专利推导出异步电机对电力系统的有效惯量并分析异步电机对电网呈现惯量的时变特性。根据惯量响应阶段频率支撑能力这一思想，分析影响异步电机惯量频率响应的因素。提出异步电机等效惯量评估模型，量化体现出动态负荷的惯量频率支撑能力。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种惯性响应阶段异步电机等效惯量评估方法。其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立机电暂态下的异步电动机的小信号模型；

步骤2：构建异步电机有关频率和电磁功率之间的传递函数；

步骤3：提出异步电机等效惯量评估模型，量化体现频率支撑能力；

进一步地，该异步电机的有效惯量分析方法以及等效惯量评估模型，其特征在于：所述的步骤1中，首先针对异步电机机电暂态下的等值电路，求解其有功功率和机械功率关系式。利用小信号模型，求解惯性响应阶段异步电机的频率支撑能力并进行惯量评估，并得出响应的频率响应传递函数和有效惯量。

进一步，异步电机机电暂态下的有功功率和机械功率关系式，其特征在于：可用异步电机的转子运动方程描述电磁功率P_e和机械功率P_m发生功率不平衡时两者的关系。其关系如下：

转子方程：

有功功率：

机械功率：P_m＝ω_rk[α+(1-α)(1-s_slip)^ρ]