(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211369799.2 (22)申请日 2022.11.03 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 申请人 内蒙古电力 （集团） 有限责任公司内 蒙古电力科 学研究院分公司 　 华北电力大 学 (72)发明人 曹斌　辛焕海　苗丽芳　毕天姝　 刘家豪　王程　 (74)专利代理 机构 北京圣州专利代理事务所 (普通合伙) 11818 专利代理师 朱芳斌 (51)Int.Cl. H02J 3/24(2006.01)H02J 3/38(2006.01) (54)发明名称 一种考虑频率动态响应实时分区的惯量在 线评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑频率动态响应实时 分区的惯量在线评估方法， 步骤如下： S1、 根据电 网PMU配置要求在变电站配置PMU， 获取PMU量测 的变电站母线频率和进出线路有功功率数据； S2、 根据测点PMU量测的频率数据， 计算时间 窗内 测点之间的动态时间弯曲指标； S3、 采用k ‑中心 点法， 实现频率动态响应实时分区； S4、 利用PMU 量测的区域边界联络线有功功率和区域簇中心 节点频率， 采用卡尔曼滤波算法在线辨识区域惯 量参数； S5、 根据区域惯量参数辨识结果， 在线计 算系统总惯 量。 本发明采用的一种考虑频率动态 响应实时分区的惯量在线评估 方法， 不仅实现电 力系统的实时动态分区及区域和系统惯量的精 确测量， 且提高调度人员实时掌握电力系统频率 稳定水平。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115549131 A 2022.12.30 CN 115549131 A 1.一种考虑频率动态响应实时分区的惯量在线评估方法， 其特 征在于， 步骤如下： S1、 根据电网PMU配置要求在变电站配置PMU， 获取PMU量测的变电站母线频率和进出线 路有功功率数据， 数据上传至PMU 主站； 考虑全系统网络节点和同步机构成的集合分别为N和M， 区域i内网络节点和同步机分 别对应NiA和MiA， 满足 和 区域i与其他区域联络线构成的集合为 区域i的频率动态响应满足： 式中， 为同步机机械功率， PnE和PlL分别为负荷有功功率和联络线有功功率； fiCOI为 区域COI频率； 区域内所有同步机转速按其转动惯量加权求和得到， 为发电机转速； 和 分别为同步机转动惯量和额定容 量； 式(1)中的HiA为区域i的转动惯量， 即区域惯量； 区域i内同步机转动 惯量按其额定容量 加权求和表示： 式中， SN为系统总额定容 量； 系统被完整划分为多个区域， 即∪iNiA＝N且∪iMiA＝M， 区域i之外其他区域的频率动态 响应和区域惯量 也分别满足式(1)与式(2)； S2、 指定惯量在线评估时间窗长， 根据测点PMU量测的频率数据， 计算时间窗内测点之 间的动态时间弯曲指标； S3、 采用k ‑中心点法， 聚合频率响应曲线相近的区域， 将系 统划分为多个区域， 实现频 率动态响应实时分区， k ‑中心点法筛选出的簇中心点对应测点的频率， 代表整个区域的平 均频率动态； 基于DTW距离指标和k ‑中心点法聚类算法的频率动态响应实时分区步骤如下： 指定区域个数， 即聚类簇数C； 簇中心初始化： 在全网节点中， 随机选取一组节点X( Card(X)＝C)作为初始簇中心； 簇划分： 计算全网各节点频率与簇中心 节点频率的DTW距离： 进一步， 将各节点按DTW距离划分至各簇中， 更新簇中心； 对于划分出的每一簇 计算簇中各点与簇中其他点的DTW距离之和， 如对于节点权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115549131 A 2re最小的节点作为更新后的簇中心； 重复步骤(3)和(4)得到频率动态响应实时分区结果 NA以及区域频率 量测点X； S4、 根据频率动态响应实时分区结果， 利用PMU量测的区域边界联络线有功功率和区域 簇中心节点频率， 采用卡尔曼 滤波算法在线辨识区域惯量 参数； 卡尔曼滤波模型包括状态方程和量测方程两 部分， 如下 所示： 式中， x、 u和z分别为状态量、 输入量和量测量， F和H分别为非线性的状态方程和量测方 程； 在式(4)的基础上， 选取区域COI频率和区域惯量常数作为状态量， 即x＝[fCOI,HA]T， 输 入量为联络线功率之和， 即u＝[∑ΔPL]， 状态方程 为： 量测量为区域COI频率， 可用步骤3中簇中心PMU量测频率代替， 即z＝[fM]， 量测方程 为： fM＝fCOI；    (12) S5、 根据区域惯量 参数辨识结果， 在线计算系统总惯量。 2.根据权利要求1所述的一种考虑频率动态响应实时分区的惯量在线评估方法， 其特 征在于： 在步骤S1 中， 结合区域频率动态响应以及该步骤获得的量测数据， 根据参数辨识 算 法反推区域惯量常数； 考虑到实际电网频率通常在额定频率附近小范围波动， 区域惯量评估应该在小扰动工 况下完成， 以现实惯量水平连续监测； 此时， 系统频率偏差未触及调速器死区， 同步机机械 功率不变， 并且区域内负荷功率波动相比联络线交换功率可忽略不计， 因此， 式(1)可进一 步简化为： 式中， ΔPlL＝PlL‑PlL,0是联络线有功功率在其稳态运行点基础上的改变量。 3.根据权利要求1所述的一种考虑频率动态响应实时分区的惯量在线评估方法， 其特 征在于： 在步骤S1 中， 结合该步骤中PMU在 线量测区域联络线有功功 率和区域COI频率， 辨识 区域在线惯量水平； 在获得 各区域惯量后， 进一 步计算系统总惯量：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115549131 A 3