技術領域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域，具體地，涉及一種長時間尺度電力系統(tǒng)頻率波動仿真方法。

背景技術

眾所周知，電力系統(tǒng)頻率是電能質量的重要指標之一，電網(wǎng)的頻率反應了電力系統(tǒng)有功功率和負荷之間的平衡關系，是電力系統(tǒng)運行的重要控制參數(shù)，與廣大用戶的電力設備以及發(fā)電設備本身的安全和效率有著密切的關系。電力系統(tǒng)的頻率偏差，不僅對電能用戶和電力系統(tǒng)的設備運行都造成危害，還會影響整個電網(wǎng)的經(jīng)濟性，嚴重時會造成大面積停電，甚至使整個電力系統(tǒng)瓦解。

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，電力需求急劇上升，電網(wǎng)結構越來越復雜，電能質量要求越來越高。另一方面隨著新能源發(fā)電電力系統(tǒng)的建立，尤其是風電并網(wǎng)運行，對電力系統(tǒng)的運行和調度模式產生了重大影響。風力發(fā)電和傳統(tǒng)能源發(fā)電的最大區(qū)別是其一次能源不可控，使得風力發(fā)電具有隨機波動性和間歇性等特征。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通常認為負荷不可控，發(fā)電可控，因而可通過調整發(fā)電機組的出力來適應負荷變化以保證電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。隨著風電滲透率的逐漸增加，這種控制模式在一些時段，如負荷低谷時段，已難于保證頻率穩(wěn)定。加之我國風能資源和負荷之間的不匹配特點決定了我國風電開發(fā)多采用大容量集中開發(fā)，遠距離輸送，集中接入電網(wǎng)的開發(fā)模式，對電力系統(tǒng)的頻率和聯(lián)絡線功率控制提出了更高的要求。

因此，在傳統(tǒng)發(fā)電資源調控能力有限的情況下，有必要研究新能源功率波動對電力系統(tǒng)頻率的影響進行仿真分析。但是現(xiàn)有還沒有任何一種仿真軟件是針對電力系統(tǒng)頻率分析而專門建立的。目前電力系統(tǒng)仿真軟件主要有：⑴邦納維爾電力局開發(fā)的BPA程序和電磁暫態(tài)程序EMTP；⑵曼尼托巴高壓直流輸電研究中心開發(fā)的PSCAD/EMTDC程序；⑶德國西門子公司研制的電力系統(tǒng)仿真軟件NETOMAC；⑷中國電力科學研究院開發(fā)的電力系統(tǒng)分系綜合程序PSASP；⑸Math?Works公司開發(fā)的科學與工程計算軟件MATLAB^[1]。主要功能分別是：

BPA程序主要用來計算潮流和暫態(tài)穩(wěn)定。此外，自動發(fā)電控制（AGC）與區(qū)域聯(lián)絡線功率控制相結合，由若干機組共同承擔電力系統(tǒng)或區(qū)域功率偏差值，可以使潮流能更快收斂^[2]。PSD-BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序主要用于分析電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下受到各種干擾時的電力系統(tǒng)動態(tài)行為；

EMTP程序主要用于計算電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)過程；

PSCAD/EMTDC軟件開發(fā)是為了研究高壓直流輸電電力系統(tǒng)，PSCAD/EMTDC的典型應用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時，參數(shù)隨時間變化的規(guī)律，此外PSCAD/EMTDC軟件廣泛應用于高壓直流輸電、FACTS控制器的設計、電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領域的仿真計算。

NETOMAC的主要功能是：潮流計算、電磁暫態(tài)計算和機電暫態(tài)計算、參數(shù)優(yōu)化、頻率響應等；

PSASP的功能主要有穩(wěn)態(tài)分析、故障分析和機電暫態(tài)分析。

總之，EMTP主要用來進行電磁暫態(tài)過程數(shù)字仿真，PSCAD/EMTDC、NETOMAC主要進行電磁暫態(tài)和控制環(huán)節(jié)的仿真，BPA、PSASP主要進行潮流和機電暫態(tài)數(shù)字仿真。MATLAB主要進行控制環(huán)節(jié)的數(shù)字仿真研究。但對于頻率調節(jié)，只能仿真電力系統(tǒng)受到大擾動后的頻率暫態(tài)響應。在文獻[3]中通過自行定義AGC控制模塊，利用PSS/E進行頻率仿真，來研究控制模式的選擇對區(qū)域聯(lián)網(wǎng)頻率控制的影響。雖考慮到電力系統(tǒng)中的長期動態(tài)過程和頻率控制中的部分因素，但仍是為分析電力系統(tǒng)發(fā)生故障時應如何控制頻率而設計的。因此，對于研究互聯(lián)電網(wǎng)短期和中長期頻率調節(jié)，這些軟件都不能很好地滿足要求。而用MATLAB^[4]建模可以研究互聯(lián)電網(wǎng)短期和中長期頻率控制及相關問題，但是MATLAB仿真時間有限，對于較長時間尺度的負荷變化或者發(fā)電機功率變化，不能很好地進行頻率仿真分析。參考文獻如下：

[1]李廣凱，李庚銀.電力系統(tǒng)仿真軟件綜述.電氣電子教學學報.2005年6月.

[2]張?艷，毛曉明，陳少華.電力系統(tǒng)計算分析軟件包——中國版?BPA.廣東工業(yè)大學學報.2008年12月.

[3]陳琰，邱家駒，黃志龍，郭佳田.華東與福建聯(lián)網(wǎng)后頻率控制策略的研究.?電網(wǎng)技術.2002年6月.

[4]劉樂，劉嬈，李衛(wèi)東.互聯(lián)電網(wǎng)頻率調節(jié)動態(tài)仿真電力系統(tǒng)的研制.電網(wǎng)技術.2009年4月.

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在電力系統(tǒng)頻率仿真速度慢、電力設備運行安全性差和電網(wǎng)經(jīng)濟性差等缺陷。

發(fā)明內容