[发明专利]考虑功率差额比例的转动惯量快速实用化在线计算方法

说明书

本发明属于电力系统分析技术领域，尤其涉及一种考虑功率差额比例的转动惯量快速实用化在线计算方法。本发明包括采用仿真切机法和机组累加法分别初步计算同一区域电网不同运行方式的转动惯量；对同一电网分别采用仿真切机法和机组累加法计算出的转动惯量数值，并进行对比分析；通过两种算法的函数关系确定适用于某地电网的快速实用化转动惯量计算方法。本发明具有计算速度快，计算精度高，实用性强的特点。本发明可以快速计算出系统转动惯量，省去了仿真计算复杂的计算过程，节省了大量时间。本发明所提算法汲取并发挥两种已有算法的优势，可精确计算某一区域电网的转动惯量，是电网实际运行方式的量化分析、归纳、展示。

技术领域

本发明属于电力系统分析技术领域，尤其涉及一种考虑功率差额比例的转动惯量快速实用化在线计算方法。

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，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。

目前国际上有两种通用的转动惯量算法，分别是“仿真切机法”和“机组累加法”。

仿真切机法是通过在仿真程序中人为设置功率缺额计算频率下跌速率，需要对电网进行仿真计算，计算结果可以真实反映系统转动惯量，但计算过程繁琐、时间较长，但结果精度较高，不适用于转动惯量在线快速实用化计算。

而机组累加法是简单的累加并网机组的转动惯量，只需对给定的在线机组转动惯量进行累加即可快速得到计算结果，计算过程简单快速，但误差较大，计算精度较差，不能反映真实的系统转动惯量结果，不适用于精确离线计算。

下面对“仿真切机法”和“机组累加法”进行简述：

仿真切机法计算系统转动惯量是考虑某局域电网最严重情况，切除一台该区域已并网的具有最大转动惯量的发电机，通过求频率最大变化率计算。若系统初始频率为50Hz，则仿真切机法求得的系统转动惯量表达式为：

式中，H_切机是切机法计算出的系统转动惯量；df/dt是频率变化率；△P是系统整体故障损失功率，H`是已脱网的单台发电机对应的转动惯量。

机组累加法是在已知单台发电机转动惯量前提下，通常需要根据厂家提供的时间常数计算求得，将全部并网机组的转动惯量累加结果作为系统转动惯量的方法。在线的单台发电机转动惯量有名值H₁、惯性时间常数T_j1和单台发电机额定容量S_N1的关系如下：

上式中，ω为发电机的角速度，单位rad/s；f为发电机的频率，单位Hz；2πf为2倍的圆周率π乘以频率f，单位为Hz。

若有N台在线发电机，则累加法求出的系统总转动惯量H_累加为

H_累加＝H₁+H₂+H₃+...+H_N (3)

其中H₁、H₂、H₃...H_N为N台在线机组各自的转动惯量。

若发生系统故障导致功率缺失，则在N台在线机组端测量到的功率缺额与N台在线机组端测量到的总功率缺额的关系如下：