CN114597918B - 一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及***，包括：建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。本发明通过计算满足频率稳定约束的惯量控制延时，能够在最大限度改善频率最大偏差的同时抑制频率振荡的发生。

Description

一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及***
技术领域
本发明涉及电力***控制技术领域，并且更具体地，涉及一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及***。
背景技术
几乎无频率响应的大规模电力电子电源接入电网导致***频率响应能力急剧下降，仅靠常规机组惯量响应和频率调节的***频率稳定性将面临挑战。而通过对新能源附加频率控制等环节可提升***惯量水平并改善扰动下频率指标。
新能源附加惯量控制按电源性质不同，可分为基于虚拟同步机（VSG）的电压源型控制和反馈***频率的电流源型控制两类。电压源型惯量控制可实现与同步机相同的惯量响应外特性，但设计复杂，实际工程应用较少；而反馈***频率的电流源型惯量控制实现简单，但存在由测量和通信导致的短暂延时。在能量来源方面，可以来自静止储能或风机轴系的旋转动能。对于电流源型频率控制，仅考虑大扰动频率稳定的控制参数设置虽然会改善大扰动下频率指标，但可能会使***小扰动频率稳定性变差，引发频率振荡。
目前，电力电子电源惯量控制主要从改善大扰动频率指标和小扰动稳定性分析两者之一进行研究，鲜有研究同时考虑两方面因素，并且对于电流源型频率控制，测量和通信延时可能导致频率振荡问题，已有研究缺乏受小扰动频率稳定约束的控制参数稳定范围计算方法。而在大扰动频率稳定方面，仅考虑新能源惯量控制对***频率变化率的改善，缺乏考虑惯量控制对频率最大偏差的影响，在当前更加关注频率最大偏差的***，应充分利用电力电子控制灵活性改善不同频率指标。
因此，如何设计考虑小扰动和大扰动频率稳定的电流源型惯量控制参数是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及***，以解决如何确定新能源惯量控制参数的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法，所述方法包括：
建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；
基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；
基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；
根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
优选地，其中所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比
Figure 112593DEST_PATH_IMAGE001
和自然频率
Figure 43640DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 63549DEST_PATH_IMAGE003
KG=1/R，
其中，R为调差系数。
优选地，其中根据所述幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数，包括：
Figure 472665DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 792787DEST_PATH_IMAGE005
为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 363577DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 277307DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，
Figure 614747DEST_PATH_IMAGE006
。
优选地，其中所述确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure 399163DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 531067DEST_PATH_IMAGE008
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 400935DEST_PATH_IMAGE009
为设置的惯量控制系数；
Figure 417432DEST_PATH_IMAGE010
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；
Figure 446568DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 359160DEST_PATH_IMAGE012
分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；
Figure 372116DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 661146DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；
Figure 685733DEST_PATH_IMAGE013
为响应时间T的倒数。
优选地，其中根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
根据本发明的另一个方面，提供了一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***，所述***包括：
模型建立单元，用于建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；
第一惯量控制系数确定单元，用于基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；
最大延时和最优延时计算单元，用于基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；
延时确定单元，用于根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
优选地，其中在所述模型建立单元，所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比
Figure 159440DEST_PATH_IMAGE001
和自然频率
Figure 3899DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 627779DEST_PATH_IMAGE003
KG=1/R，
其中，R为调差系数。
优选地，其中所述第一最大惯量控制系数确定单元，根据所述幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数，包括：
Figure 506873DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 885902DEST_PATH_IMAGE005
为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 483236DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 238703DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，
Figure 255461DEST_PATH_IMAGE006
。
优选地，其中所述最大延时和最优延时计算单元，确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure 211916DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 890022DEST_PATH_IMAGE008
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 590124DEST_PATH_IMAGE009
为设置的惯量控制系数；
Figure 302865DEST_PATH_IMAGE010
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；
Figure 430221DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 736569DEST_PATH_IMAGE012
分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；
Figure 833838DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 542031DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；
Figure 840288DEST_PATH_IMAGE013
为响应时间T的倒数。
优选地，其中所述延时确定单元，根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
本发明提供了一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法及***，包括：建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。本发明基于惯量控制系数的选取范围进行惯量控制系数的设置，能够抑制频率振荡的发生；基于设置的惯量控制系数，确定受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，并基于惯量控制最大延时和惯量控制最优延时计算满足频率稳定约束的惯量控制延时，能够最大限度改善频率最大偏差。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的***频率响应模型的示意图；
图3为根据本发明实施方式的简化的***频率响应模型的示意图；
图4的（a）和（b）分别为根据本发明实施方式的惯量控制对稳定性影响的幅相曲线和频率曲线的示意图；
图5的（a）和（b）分别为根据本发明实施方式的惯量控制系数较小时延时对稳定性影响的幅相曲线和频率曲线的示意图；
图6的（a）和（b）分别为根据本发明实施方式的惯量控制系数较大时延时对稳定性影响的幅相曲线和频率曲线的示意图；
图7为根据本发明实施方式的主导极点变化轨迹的示意图；
图8为根据本发明实施方式的频率与惯量支撑功率的示意图；
图9为根据本发明实施方式的相角裕度与延时关系的示意图；
图10为根据本发明实施方式的WSCC 9母线***的示意图；
图11为根据本发明实施方式的不同惯量控制参数下的频率曲线示意图；
图12为根据本发明实施方式的延时对频率影响的示意图；
图13为根据本发明实施方式的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***1300的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法，通过计算满足频率稳定约束的惯量控制延时，能够在最大限度改善频率最大偏差的同时抑制频率振荡的发生。本发明实施方式提供的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法100，从步骤101处开始，在步骤101建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数。
优选地，其中在所述***频率响应模型中，扰动功率△Pd经***频率响应后，产生频率偏差△f；新能源惯量控制依据***频率变化率作用，向***提供惯量支撑功率△Pin；新能源下垂控制依据***频率偏差作用，向***提供一次调频功率△Pdr；新能源惯量支撑与下垂控制共同作用后，减小***不平衡功率。
优选地，其中所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比
Figure 492987DEST_PATH_IMAGE001
和自然频率
Figure 269313DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 363171DEST_PATH_IMAGE003
KG=1/R，
其中，R为调差系数。
在本发明实施方式中，建立含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型。其中，***频率特性通常描述为单机带集中负荷模型，如图2所示，常规机组一次调频表示为不含再热器的火电机组，其中TCH为蒸汽室时间常数，TG为调速器时间常数，KG为发电机一次调频下垂系数，KG=1/R，R为调差系数。Hin(s)和Hdr(s)分别为新能源惯量控制和下垂控制传递函数。等值转子运动方程为：
Figure 691384DEST_PATH_IMAGE015
，
式中，H为惯性常数，D为负荷频率调节系数，∆f为惯量中心频率，∆Pm、∆Pin和∆Pdr分别为常规机组一次调频功率、新能源惯量控制支撑功率和新能源下垂控制功率变化量，∆Pd为扰动功率。
为研究新能源频率控制对***稳定性影响，将常规机组一次调频等效为一阶惯性（1/(1+Ts)，T为响应时间），并与前馈环节合并等效为G(s)，则图2可进一步简化为图3。其中，扰动功率△Pd经***频率响应后，产生频率偏差△f；新能源惯量控制依据***频率变化率作用，向***提供惯量支撑功率△Pin；新能源下垂控制依据***频率偏差作用，向***提供一次调频功率△Pdr；新能源惯量支撑与下垂控制共同作用后，减小***不平衡功率。
其中，G(s)为常规机组惯量与一次调频传递函数，包括：
Figure 972323DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 411395DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 828601DEST_PATH_IMAGE018
；
带有延时的电流源型惯量控制为：
Figure 468661DEST_PATH_IMAGE019
，
则***开环传递函数为：
Figure 95951DEST_PATH_IMAGE020
，
其幅值条件为：
Figure 214080DEST_PATH_IMAGE021
，
则幅值裕度为：
Figure 282530DEST_PATH_IMAGE022
，
相角条件为：
Figure 218125DEST_PATH_IMAGE023
，
则相角裕度为：
Figure 942499DEST_PATH_IMAGE024
，
式中，ωc为截止频率，H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 988952DEST_PATH_IMAGE025
为阻尼比；ωn为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间。
在步骤102，基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数。
优选地，其中根据所述幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数，包括：
Figure 646330DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 622333DEST_PATH_IMAGE005
为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 958636DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 684147DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，
Figure 930451DEST_PATH_IMAGE006
。
根据自动控制理论，惯量控制系数仅改变幅值特性，使幅值裕度发生变化，而延时仅改变相频特性，使相角裕度发生变化。下面根据幅值裕度和相角裕度对小扰动频率稳定约束下的惯量控制系数和延时范围进行计算。
由式幅值条件公式可知，随着频率的增加，幅值裕度L(ω)=Kin/H，根据幅值裕度稳定条件L(ω)<1，可得当Kin>H，***失稳。图4的（a）为不同惯量控制系数Kin下的幅相曲线（延时τin=0.1s），可以看出，随着Kin的增大，相频特性不变，而幅频特性逐渐上移，幅值裕度逐渐减小，稳定性变差，与之对应的频率曲线如图4的（b）所示，当Kin=1.1H时，***振荡失稳。
当Kin<H时，***小扰动稳定性取决于Kin和延时τin具体数值。在Kin较小情况下（Kin=H/3），幅频特性与0dB线无交点，对应相角裕度为无穷大，即延时不会导致***频率振荡，如图5的（a）所示，与之对应的频率曲线如图5的（b）所示，可以看出，不同延时下的频率曲线均稳定。
随着惯量控制系数Kin的增大，幅频曲线上移，与0dB线相交，存在相角裕度，即存在使***稳定的延时取值范围，如图6所示，其中图6（a）为不同延时下的幅频曲线和相频曲线，图6（b）为不同延时下的频率曲线。可以看出，随着延时的增大，***小扰动频率稳定性变差，当τin=0.8s时，***频率振荡失稳。
根据上述分析，即可受小扰动频率稳定约束的惯量控制参数选取范围。
在本发明的实施方式中，基于幅值条件，计算不受延时影响的惯量控制系数取值范围。令L(ω)=1，幅值条件可整理为：
Figure 942270DEST_PATH_IMAGE026
，
式中，
Figure 906815DEST_PATH_IMAGE027
当判别式△=B2-4AC=0时，上述公式存在唯一截止频率ωc，即对应的幅频曲线与0dB相切情况。此时对应的惯量控制系数为不受延时影响的最大惯量系数。为计算此系数，将判别式表示为以Kin为自变量的表达式：
Figure 29491DEST_PATH_IMAGE028
，
式中，
Figure 395882DEST_PATH_IMAGE029
。
根据上述公式可以得到不受延时影响的最大惯量系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 250705DEST_PATH_IMAGE031
，
其中，
Figure 561601DEST_PATH_IMAGE005
为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 363335DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 708866DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，
Figure 937853DEST_PATH_IMAGE006
。
当0<Kin<Kin_cri时，***小扰动频率稳定性不受延时影响。
在步骤103，基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时。
优选地，其中所述确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 408148DEST_PATH_IMAGE008
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 279152DEST_PATH_IMAGE009
为设置的惯量控制系数；
Figure 479190DEST_PATH_IMAGE010
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；
Figure 879078DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 164566DEST_PATH_IMAGE012
分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；
Figure 573682DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 769171DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；
Figure 464594DEST_PATH_IMAGE013
为响应时间T的倒数。
在本发明的实施方式中，在第一惯量控制系数Kin_cri和模型参数H间进行惯量控制系数的选取，并设置，再确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时。
当设置的Kin>Kin_cri时，存在相角裕度，***小扰动稳定性受延时影响，此时幅频曲线与0dB存在两个交点，稳定相角范围为：
Figure 112744DEST_PATH_IMAGE033
（k=0,1,2..），
其中，
Figure 184606DEST_PATH_IMAGE034
为截止频率。
当时，可计算出受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时为：
Figure 234601DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 366505DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 970793DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 111924DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 744988DEST_PATH_IMAGE039
，
其中，
Figure 47793DEST_PATH_IMAGE040
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 670536DEST_PATH_IMAGE041
为设置的惯量控制系数；
Figure 959566DEST_PATH_IMAGE011
为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率；
Figure 843208DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 192281DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间。
综上，在惯量系数Kin（Kin_cri<Kin<H）已知情况下，受小扰动频率稳定约束的延时范围为0<τin<τin_max。
在惯量控制系数Kin较大情况（Kin_cri<Kin<H）下，通过选择适当的延时可使扰动下超调量（频率最大偏差）最小。下面通过根轨迹法分析最优延时与阻尼比和超调量关系，利用泰勒展开将延时环节降阶为：
Figure 161374DEST_PATH_IMAGE042
，
则惯量控制环节为：
Figure 519674DEST_PATH_IMAGE043
，
根据惯量控制环节公式绘制主导极点变化轨迹，如图7所示（Kin=0.5、1.5），可以看出，随着延时增加，阻尼比先增大后减小，根据二阶***超调量与阻尼比的负相关关系，可得超调量（频率最大偏差）先减小后增大，如图8所示，在惯量控制系数Kin=1情况下，随着延时的增加，频率最大偏差先增大后减小。
在惯量控制系数Kin已知情况下，可解析推导最优延时。将截至频率带入相角裕度公式中，可得相角裕度关于延时τin的表达式。假设在Kin=2情况下（其它参数：H=3，KG=20，T=1，D=0），得截至频率ωc1=1.52，ωc2=2.95，进一步可得到相角裕度如图9所示。
由于相角裕度取较小者，可以看出，随着延时增大，相角裕度呈先增大后减小趋势。根据自动控制理论，相角裕度与阻尼比呈正比关系，而阻尼比与超调量（频率最大偏差）呈反比关系，则可得出相角裕度与超调量呈反比关系。因此，随着延时的增加，频率最大偏差先减小后增大。图9中两曲线交点为最大相角裕度（对应最优延时τin_opt），因此，联立两式可得到设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时的表达式为：
Figure 257823DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 43376DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 375132DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 130598DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 864199DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，
Figure 414129DEST_PATH_IMAGE049
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 498760DEST_PATH_IMAGE050
为设置的惯量控制系数；
Figure 57917DEST_PATH_IMAGE051
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；
Figure 380445DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 632435DEST_PATH_IMAGE012
分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；
Figure 673203DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 770472DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；
Figure 744244DEST_PATH_IMAGE013
为响应时间T的倒数。
在步骤105，根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
优选地，其中根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
本发明的实施方式中，根据步骤104可计算出受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时τin_max，从而得到延时范围0<τin<τin_max，根据步骤105可计算出大扰动下设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时τin_opt；若最优延时在稳定延时范围内，则取满足频率稳定约束的惯量控制延时为惯量控制最优延时τin_opt；若最优延时不在稳定延时范围内，则确定满足频率稳定约束的惯量控制延时为惯量控制最大延时τin_max。
本发明的方法根据小扰动频率稳定确定惯量控制参数选取范围，从而抑制频率振荡发生，根据大扰动频率稳定确定最优延时参数，从而最大程度改善扰动下最大频率偏差。
在本发明中，基于PSCAD仿真程序，采用3机9节点***对本发明所提方法进行验证，将发电机1替换为附加惯量控制和下垂控制的双馈风电机组，如图10所示，常规机组一次调频聚合参数为T=4.6s，KG=20。
当τin=0.1s时，计算最大惯量系数Kin_max=3.07，不同惯量控制参数下的频率曲线如图11所示，可以看出，当惯量系数Kin=0.5（小于Kin_max）时，***稳定，如曲线①所示；当Kin=4时（大于Kin_max），虽然频率偏差减小，但出现振荡失稳现象，如曲线②所示，由于风机转子侧换流器电流限制导致等幅振荡。
计算不受延时影响的最大惯量系数Kin_cri=0.74，当Kin=0.5时（小于Kin_cri），即使延时较大（τin=1s），***仍维持稳定，如曲线③所示。当Kin=3时（大于Kin_cri），计算的最大延时为0.9s，当τin=1s时，频率振荡失稳，如曲线④所示，而当τin=0.1s时，***稳定（曲线①），验证了所提计算方法和相关结论的正确性。
在最优延时方面，计算最优延时为1.15s，通过PSCAD仿真不同延时下的频率曲线（Kin=2），如图12所示，可以看出，随着延时的增加，频率最大偏差先减小后增大，当τin=1.15s时，频率最大偏差最小，为-0.435Hz，与无延时的-0.478Hz相比，频率最大偏差减小约9%，验证本发明方法的准确性。
图13为根据本发明实施方式的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***1300的结构示意图。如图13所示，本发明实施方式提供的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***1300，包括：模型建立单元1301、第一惯量控制系数确定单元1302、最大延时和最优延时计算单元1303和延时确定单元1304。
优选地，所述模型建立单元1301，用于建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数。
优选地，其中在所述模型建立单元1301，在所述***频率响应模型中，扰动功率△Pd经***频率响应后，产生频率偏差△f；新能源惯量控制依据***频率变化率作用，向***提供惯量支撑功率△Pin；新能源下垂控制依据***频率偏差作用，向***提供一次调频功率△Pdr；新能源惯量支撑与下垂控制共同作用后，减小***不平衡功率。
优选地，其中在所述模型建立单元1301，所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比
Figure 776922DEST_PATH_IMAGE001
和自然频率
Figure 429621DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 471526DEST_PATH_IMAGE003
KG=1/R，
其中，R为调差系数。
优选地，所述第一惯量控制系数确定单元1302，用于基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数。
优选地，其中所述第一最大惯量控制系数确定单元1302，根据所述幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数包括：
Figure 158859DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 362439DEST_PATH_IMAGE005
为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；
Figure 502433DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 816871DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，
Figure 358710DEST_PATH_IMAGE006
。
优选地，所述最大延时和最优延时计算单元1303，用于基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时。
优选地，其中所述最大延时和最优延时计算单元1303，确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure 992911DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 495568DEST_PATH_IMAGE008
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；
Figure 738330DEST_PATH_IMAGE009
为设置的惯量控制系数；
Figure 10043DEST_PATH_IMAGE010
为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；
Figure 680058DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 935590DEST_PATH_IMAGE012
分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；
Figure 982044DEST_PATH_IMAGE001
为阻尼比；
Figure 108263DEST_PATH_IMAGE002
为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；
Figure 949180DEST_PATH_IMAGE013
为响应时间T的倒数。
优选地，所述延时确定单元1304，用于根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
优选地，其中所述延时确定单元1304，根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
本发明的实施例的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***1300与本发明的另一个实施例的确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法100相对应，在此不再赘述。
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法中任一项的步骤。
本发明提供一种电子设备，包括： 上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的方法，其特征在于，所述方法包括：
建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；
基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；
基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；
根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
其中，根据幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数，包括：
Figure FDA0003866203620000011
ΔK＝b2-4ac，
Figure FDA0003866203620000012
Figure FDA0003866203620000013
其中，Kin_cri为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；ζ为阻尼比；ωn为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，a＝1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比ζ和自然频率ωn；其中，
Figure FDA0003866203620000014
Figure FDA0003866203620000015
KG＝1/R，
其中，R为调差系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure FDA0003866203620000021
Figure FDA0003866203620000022
Figure FDA0003866203620000023
Figure FDA0003866203620000024
Figure FDA0003866203620000025
Figure FDA0003866203620000026
Figure FDA0003866203620000027
其中，τin_max为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；Kin_set为设置的惯量控制系数；τin_opt为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；ωc1和ωc2分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；ζ为阻尼比；ωn为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；ωm为响应时间T的倒数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
5.一种确定满足频率稳定约束的惯量控制延时的***，其特征在于，所述***包括：
模型建立单元，用于建立包含新能源惯量控制与下垂控制的***频率响应模型，确定所述***频率响应模型的模型参数；
第一惯量控制系数确定单元，用于基于所述模型参数计算不受延时影响的第一惯量控制系数；
最大延时和最优延时计算单元，用于基于所述第一惯量控制系数和模型参数进行惯量控制系数的设置，并确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时；
延时确定单元，用于根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
其中，第一最大惯量控制系数确定单元，根据幅值条件表达式，计算不受延时影响的第一最大惯量控制系数，包括：
Figure FDA0003866203620000031
ΔK＝b2-4ac，
Figure FDA0003866203620000032
Figure FDA0003866203620000033
其中，Kin_cri为第一最大惯量控制系数；H为惯性常数，T为响应时间；ζ为阻尼比；ωn为自然频率；D为负荷频率调节系数，KG为发电机一次调频下垂系数，H为惯性常数，T为响应时间，a＝1。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，在所述模型建立单元，所述模型参数，包括：发电机一次调频下垂系数KG、惯性常数H、负荷频率调节系数D、响应时间T、阻尼比ζ和自然频率ωn；其中，
Figure FDA0003866203620000041
Figure FDA0003866203620000042
KG＝1/R，
其中，R为调差系数。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述最大延时和最优延时计算单元，
确定设置的惯量控制系数对应的受小扰动稳定约束的惯量控制最大延时和受大扰动频率稳定约束的惯量控制最优延时，包括：
Figure FDA0003866203620000043
Figure FDA0003866203620000044
Figure FDA0003866203620000045
Figure FDA0003866203620000046
Figure FDA0003866203620000047
Figure FDA0003866203620000048
Figure FDA0003866203620000049
其中，τin_max为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最大延时；Kin_set为设置的惯量控制系数；τin_opt为设置的惯量控制系数对应的惯量控制最优延时；ωc1和ωc2分别为设置的惯量控制系数对应的第一截止频率和第二截止频率；ζ为阻尼比；ωn为自然频率；D为负荷频率调节系数；KG为发电机一次调频下垂系数；H为惯性常数；T为响应时间；ωm为响应时间T的倒数。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述延时确定单元，根据所述惯量控制最大延时和惯量控制最优延时，确定满足频率稳定约束的惯量控制延时，包括：
若所述惯量控制最优延时小于所述惯量控制最大延时，则根据所述惯量控制最优延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时；
反之，则根据所述惯量控制最大延时确定满足频率稳定约束的惯量控制延时。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求9中所述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
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