CN106300394B - 一种新能源电站的一次调频控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新能源电站的一次调频控制方法及系统，所述方法包括计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量和新的有功功率参考值；评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量；依据有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量；依据新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值，各发电单元按照各自的有功出力参考值进行有功出力。与现有技术相比，本发明提供的一种新能源电站的一次调频控制方法及系统，不仅考虑了新能源电站的有功出力调节量还兼顾了各发电单元的有功出力裕量，能够在各发电单元安全工作的前提下调节新能源电站的并网频率。

Description

一种新能源电站的一次调频控制方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种新能源电站的一次调频控制方法及系统。

背景技术

电网频率作为衡量电能质量的重要指标，关系着电气设备的正常运行以及用户的用电质量。在电力系统运行时，电力系统负荷的实时、随机变化，会引起电网频率的实时、随机波动，因此，将电力系统的电网频率稳定在额定值附近运行，是电力系统安全稳定运行的主要目标之一。其中，电力系统一次调频控制可以用于消除因电力系统第一类负荷变化所造成的电网频率波动现象。

随着电网规模的不断扩大新能源电源已经成为电网的主力电源，为了保障电网充分消纳新能源发电，火电机组出力被不断压低，在部分地区甚至减少火电开机数量，这使得系统惯性下降，系统频率的波动性愈发严重。然而现有的电力系统一次调频控制技术已经难以满足电网对调频能力的需求，特别是应用于含高渗透率新能源发电的电网时可能会导致新能源发电大量脱网对电网产生二次冲击。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种新能源电站的一次调频控制方法及系统。

第一方面，本发明中一种新能源电站的一次调频控制方法的技术方案是：

所述方法包括：

计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量；

依据所述有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值；

评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量；

依据所述有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量；

依据所述新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值，各发电单元按照各自的有功出力参考值进行有功出力。

第二方面，本发明中一种新能源电站的一次调频控制系统的技术方案是：

所述一次调频控制系统包括：

有功出力调节量计算模块，用于计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值；

有功出力裕量评估模块，用于评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量；

有功出力调整量分配模块，用于依据所述有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量，依据所述新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种新能源电站的一次调频控制方法首先计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量进而得到新能源电站的有功功率参考值，然后评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量进而得到各发电单元的有功出力调整量，最后依据有功功率参考值和有功出力调整量计算各发电单元的有功出力参考值，该有功出力参考值不仅考虑了新能源电站的有功出力调节量还兼顾了各发电单元的有功出力裕量，能够在各发电单元安全工作的前提下调节新能源电站的并网频率；

2、本发明提供的一种新能源电站的一次调频控制系统，包括有功出力调节量计算模块、功出力裕量评估模块和有功出力调整量分配模块，能够同时兼顾新能源电站的有功出力调节量和各发电单元的有功出力裕量，保证在各发电单元安全工作的前提下调节新能源电站的并网频率。

附图说明

图1：本发明实施例中一种新能源电站的一次调频控制方法实施流程图；

图2：本发明实施例中一种新能源电站的一次调频控制方法实施详细流程图；

图3：本实施例中一种新能源电站的一次调频控制系统拓扑示意图；

图4：本实施例中下垂控制曲线示意图；

图5：本实施例中滞回控制曲线示意图；

图6：本实施例中有功出力裕量评估模块拓扑示意图；

图7：本实施例中新能电站有功出力曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种新能源电站的一次调频控制方法进行说明。

图1为本发明实施例中一种新能源电站的一次调频控制方法实施流程图，图2为本发明实施例中一种新能源电站的一次调频控制方法实施详细流程图，如图所示，本实施例中新能源电站的一次调频控制方法可以按照下述步骤实施，具体为：

步骤S101：计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量。

步骤S102：依据有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值。

步骤S103：评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量。

步骤S104：依据有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量。

步骤S105：依据该新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值，各发电单元按照各自的有功出力参考值进行有功出力，从而完成一次对新能源电站的一次调频控制，通过新能源电站的有功出力曲线计算其各项一次调频指标和一次调频电量贡献指数，判断本次一次调频控制是否达到预期效果。

本实施例中首先计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量进而得到新能源电站的有功功率参考值，然后评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量进而得到各发电单元的有功出力调整量，最后依据有功功率参考值和有功出力调整量计算各发电单元的有功出力参考值，该有功出力参考值不仅考虑了新能源电站的有功出力调节量还兼顾了各发电单元的有功出力裕量，能够在各发电单元安全工作的前提下调节新能源电站的并网频率。

进一步地，本实施例中步骤S101可以按照下述步骤实施，具体为：

一、采集新能源电站的并网点频率。

二、判断并网点频率是否超过一次调频死区，分别对超过和未超过采取不同的计算方法，下面对这两种方法分别进行说明。其中，本实施例中并网点频率未超过一次调频死区的情况指的是对并网点频率进行一次调频控制后，该并网点频率返回至一次调频死区的范围内。

1、新能源电站的并网点频率超过一次调频死区

本实施例中当新能源电站的并网点频率超过一次调频死区后，可以依据提前选定的控制策略计算有功出力调节量。其中，控制策略包括多频段下垂控制策略、改进下垂控制策略和滞回控制策略。

本实施例中多频段下垂控制策略和改进下垂控制策略在计算新能源电站进行一次调频的有功出力调节量时的方法相同，均包括过频下垂控制和欠频下垂控制，具体为：

(1)过频下垂控制

本实施例中多频段下垂控制策略和改进下垂控制策略在并网点频率大于一次调频死区的上限值时对并网点频率进行过频下垂控制，如下式(1)所示：

其中，ΔP_f为有功出力调节量，f为并网点频率，f_h1和K_{p_fh1}分别为过频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_h2和K_{p_fh2}分别为过频II段曲线的阈值和下垂控制系数。

(2)欠频下垂控制

本实施例中多频段下垂控制策略和改进下垂控制策略在并网点频率小于所述一次调频死区的下限值时对并网点频率进行欠频下垂控制，如下式(2)所示：

其中，f_l1和K_{p_fl1}分别为欠频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_l2和K_{p_fl2}分别为欠频II段曲线的阈值和下垂控制系数。

图4为本实施例中下垂控制曲线示意图，如图所示，本实施例中下垂控制曲线包含三段下垂曲线，其横坐标的左半部分为欠频下垂控制曲线，横坐标右半部分为过频下垂控制曲线。其中，f_l1和f_l2分别为欠频I和II段曲线的阈值，f_l3为欠频下垂控制曲线的调节限值，f_h1和f_h2分别为过频I和II段曲线的阈值，f_h3为过频频下垂控制曲线的调节限值，K_{p_fl1}和K_{p_fl2}分别欠频I和II段曲线的下垂控制系数，K_{p_fh1}和K_{p_fh2}分别过频I和II段曲线的下垂控制系数，P_max和P_min分别为新能源电站的有功出力最大值和最小值，ΔP_fh为过频下垂控制的调节量上限值，ΔP_fl为欠频下垂控制的调节量下限值。本实施例中滞回控制策略包括过频滞回控制和欠频滞回控制，具体为：

(1)过频滞回控制

本实施例中滞回控制策略在并网点频率大于一次调频死区的上限值时可以对并网点频率进行过频滞回控制，如下式(3)所示：

其中，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，ΔP_f(t-1)为t-1时刻的有功出力调节量，t≥1；f为并网点频率，f_h为过频阈值，K_{p_fh}为过频下垂控制系数，f_{h_hys}为过频滞回点，K_{p_fh_hys}为过频滞回控制系数；

(2)欠频滞回控制

本实施例中滞回控制策略在并网点频率小于一次调频死区的下限值时对并网点频率进行欠频滞回控制，如下式(4)所示：

其中，f_l为欠频阈值，K_{p_fl}为欠频下垂控制系数，f_{l_hys}为欠频滞回点，K_{p_fl_hys}为欠频滞回控制系数。

图5为本实施例中滞回控制曲线示意图，如图所示，本实施例中滞回控制曲线还包含两段下垂控制曲线，其横坐标的左半部分为欠频滞回控制曲线，横坐标右半部分为过频滞回控制曲线。其中，f_l1和f_l2分别为欠频I和II段曲线的阈值，f_h1和f_h2分别为过频I和II段曲线的阈值，f_{l_hys}和f_{h_hys}分别为欠频滞回点和过频滞回点，K_{p_fl_hys}和K_{p_fh_hys}分别为欠频滞回控制系数和过频滞回控制系数，

为欠频下垂控制系数，

为过频下垂控制系数，ΔP_fh为过频下垂控制的调节量上限值，ΔP_fl为欠频下垂控制的调节量下限值，P_max和P_min分别为新能源电站的有功出力最大值和最小值。

2、新能源电站的并网点频率未超过一次调频死区

当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围内，若提前选定的控制策略为滞回控制策略则依据其计算有功出力调节量；若提前选定的控制策略为多段下垂控制策略或改进下垂控制策略则将所述有功出力调节量重新设置为0。

进一步地，本实施例中步骤S102可以按照下述步骤实施，具体为：

一、获取新能源电站内AGC系统下发的有功功率参考值。

本实施例中首先要判断并网点频率是否超过一次调频死区，分别对超过和未超过采取不同的计算方法，下面对这两种方法分别进行说明。其中，本实施例中并网点频率未超过一次调频死区的情况指的是对并网点频率进行一次调频控制后，该并网点频率返回至一次调频死区的范围内。

1、新能源电站的并网点频率超过一次调频死区

本实施例中当新能源电站的并网点频率超过一次调频死区后，依据AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)：

(1)若该控制指令为闭锁指令，则将AGC系统在t-1时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)。

(2)若该控制指令为更新指令，则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)。

2、新能源电站的并网点频率未超过一次调频死区

本实施例中当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围后，依据提前选定的不同控制策略计算有功功率参考值的方法不尽相同，具体为：

(1)多频段下垂控制策略、改进下垂控制策略

本实施例中当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围且未采用滞回控制策略时，将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)。

(2)滞回控制策略

本实施例中若并网点频率达到滞回点则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；若并网点频率未达到滞回点则依据所述AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)。

二、依据计算有功出力调节量采用的控制策略确定新的有功功率参考值，本实施例中不同控制策略计算有功功率参考值的方法不尽相同，具体为：

1、多频段下垂控制策略和滞回控制策略

本实施例中多频段下垂控制策略和滞回控制策略计算有功功率参考值如下式(5)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_ref(t) (5)

其中，P_{ref_new}(t)为t时刻新的有功功率参考值，P_ref(t)为t时刻AGC系统下发的有功功率参考值，ΔP_f(t)为t时刻新能源电站的有功出力调节量。

2、改进下垂控制策略

本实施例中改进下垂控制策略计算有功功率参考值如下式(6)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_POI(t-1) (6)

其中，P_POI(t-1)为t-1时刻新能源电站的有功出力值。

进一步地，本实施例中步骤S103可以按照下述步骤实施，具体为：

本实施例中可以采用常规算法和人工智能算法两种方法评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量，具体为：

1、常规算法

依据超短期功率预测值、实时气象信息、历史气象信息和各发电单元的实时有功出力值评估各发电单元的有功出力最大值，进而计算得到各发电单元的有功出力裕量。

本实施例中超短期功率预测值为未来4小时的新能源电站的有功出力值，气象信息依据适用的新能源电站类型不同而略有不同。例如新能源电站为光伏电站时气象信息可以为辐照度、温度、云图轨迹等信息，新能源电站为风电站时气象信息可以为风速、风向等信息。

2、人工智能算法

本实施例中人工智能算法可以按照下述步骤评估新能源电站内受限发电单元的有功出力裕量。

(1)获取新能源电站的历史气象信息、实时气象信息、超短期功率预测值、样板机的有功出力值和非受限发电单元的历史有功出力值。其中，

受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前有功出力值受到限制的发电单元，本实施例中有功出力值受到限制指的是新能源电站内对发电单元可能进行的任何一种有功出力限制，即发电单元的有功出力不是持续按照最大功率输出的有功功率。

非受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元。

样板机为新能源电站内持续采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元。

超短期功率预测值为未来4小时的新能源电站的有功出力值。

(2)依据历史气象信息和历史有功出力值构建专家系统或人工神经网络。

(3)依据专家系统或人工神经网络分析实时气象信息、超短期功率预测值和样板机的有功出力值，得到受限发电单元的有功出力裕量。

进一步地，本实施例中步骤S104可以按照下述步骤实施，具体为：

本实施例中可以采用两种不同的方法计算各发电单元的有功出力调整量。

1、等比例法

按照相同的分配比例设置各发电单元的有功出力调整量。其中分配比例为各发电单元的有功出力调整量与其有功出力裕量的比值，各发电单元的有功出力裕量乘以该分配比例即可得到能够分配到各自的有功出力调整量。例如可以将分配比例设置为1:2，若发电单元的有功出力裕量为50MW则可以分配到该发电单元的有功出力调整量为25MW，若发电单元的有功出力裕量为60MW则可以分配到该发电单元的有功出力调整量为30MW。

2、部分分配法

本实施例中可以选取新能源电站内的部分发电单元进行有功出力调整，而其余发电单元保持有功出力不变，从而减少发电单元有功出力参考值的计算，简化一次调频控制方法的计算量。具体是：选取预置数量的发电单元，将新能源电站的有功出力调节量分配到被述选取的各发电单元，新能源电站内其余的各发电单元的有功出力值保持不变。

进一步地，本实施例中步骤S105可以按照下述步骤实施，具体为：

本实施例中一次调频指标包括响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率和稳态均值，下面分别对各项一次调频指标和一次调频电量贡献指数进行说明。

1、响应时间

响应时间指的是新能源电站的并网点频率从超过一次调频死区至达到目标功率的2％时所需要的时间。

图7为本实施例中新能电站有功出力曲线示意图，如图所示，本实施例中新能源电站的有功出力稳态区域为0.90(P₁-P₀)～1.10(P₁-P₀)，P₀为并网点频率超过一次调频死区时新能源电站的有功出力值，P₁为一次调频控制的目标功率值，响应时间即为从新能电站有功出力曲线中有功出力值由P₀到P₁×2％所需的时间。

2、调节速率

调节速率指的是新能源电站的并网点频率从超过一次调频死区至达到目标功率的2％时所需要的时间。如图7所示调节速率为从新能电站有功出力曲线中有功出力值由P₀到P₁×90％所需的时间。

3、60s一次调频动作积分电量完成率

60s一次调频动作积分电量完成率指的是新能源电站在60s内一次调频实际动作积分电量与理论动作积分电量之比的百分数。如图7所示60s一次调频动作积分电量完成率为新能电站有功出力曲线中t₀～t₀+60s的时间内实线所包围的面积与虚线所包围的面积之比。

4、稳态均值

稳态均值指的是新能源电站的一次调频控制从开始响应到期实际有功出力值在目标功率的90％-110％范围的平均值。如图7所示稳态均值新能电站有功出力曲线中实线在稳态区域为0.90(P₁-P₀)～1.10(P₁-P₀)的平均值。

5、一次调频电量贡献指数

一次调频电量贡献指数指的是新能源电站的一次调频控制从开始到结束减少或增加的累计电量。

本发明还提供了一种新能源电站的一次调频控制系统，并给出了具体实施例，下面结合附图对本实施例中新能源电站的一次调频控制系统进行说明。

图3为本实施例中一种新能源电站的一次调频控制系统拓扑示意图，如图所示，本实施例中新能源电站的一次调频控制系统包括有功出力调节量计算模块、有功出力裕量评估模块、有功出力调整量分配模块、测控采集装置、通信网络和指标分析模块。其中，

有功出力调节量计算模块，用于计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值P_ref。

有功出力裕量评估模块，用于评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量P_ave。

有功出力调整量分配模块，用于依据有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量，依据新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值，其中P_ord为各发电单元的有功控制指令，该控制直流包含各发电单元的有功出力参考值。

测控采集装置，用于采集新能源电站的并网点频率和有功出力值P_POI。

通信网络，用于分别与新能源电站的AGC系统、超短期功率预测系统、资源监测系统和历史数据库通信。

指标分析模块，用于计算所述系统对新能源电站进行一次调频的响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率、稳态均值和一次调频电量贡献指数。

本实施例中有功出力调节量计算模块可以计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量和有功功率参考值，有功出力裕量评估模块可以评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量和有功出力调整量，有功出力调整量分配模块可以计算各发电单元的有功出力参考值，能够同时兼顾新能源电站的有功出力调节量和各发电单元的有功出力裕量，保证在各发电单元安全工作的前提下调节新能源电站的并网频率。

进一步地，本实施例中有功出力调节量计算模块还可以包括下述结构。

本实施例中有功出力调节量计算模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、第四计算单元、过频下垂控制模型、欠频下垂控制模型、过频滞回控制模型、欠频滞回控制模型和一次调频判断单元。其中，

1、第一计算单元

本实施例中第一计算单元用于在新能源电站的并网点频率超过一次调频死区时：

控制过频下垂控制模型或欠频下垂控制模型对并网点频率进行下垂控制；或者，

控制过频滞回控制模型或欠频滞回控制模型对并网点频率进行滞回控制。

2、第二计算单元

本实施例中第二计算单元用于在新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围内时：控制所述过频滞回控制模型或欠频滞回控制模型对并网点频率进行滞回控制；或者，

将新能源电站的有功出力调节量重新设置为0。

3、第三计算单元

本实施例中第三计算单元包括有功功率参考值计算模型，用于在对新能源电站的并网点频率进行下垂控制或滞回控制得到有功出力调节量后，计算新能源电站的新的有功功率参考值，该有功功率参考值计算模型如下式(7)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_ref(t) (7)

其中，P_{ref_new}(t)为t时刻的新的有功功率参考值，P_ref(t)为t时刻AGC系统下发的有功功率参考值，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，t≥1。

4、第四计算单元

本实施例中第四计算单元包括有功功率参考值计算模型用于在对新能源电站的并网点频率进行下垂控制得到有功出力调节量后，计算新能源电站的新的有功功率参考值，该有功功率参考值计算模型如下式(8)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_POI(t-1) (8)

其中，P_POI(t-1)为t-1时刻新能源电站的有功出力值。

5、过频下垂控制模型

本实施例中过频下垂控制模型如下式(9)所示：

其中，ΔP_f为有功出力调节量，f为并网点频率，f_h1和K_{p_fh1}分别为过频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_h2和K_{p_fh2}分别为过频II段曲线的阈值和下垂控制系数。

6、欠频下垂控制模型

本实施例中欠频下垂控制模型如下式(10)所示：

其中，f_l1和K_{p_fl1}分别为欠频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_l2和K_{p_fl2}分别为欠频II段曲线的阈值和下垂控制系数。

7、过频滞回控制模型

本实施例中过频滞回控制模型如下式(11)所示：

其中，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，ΔP_f(t-1)为t-1时刻的有功出力调节量，t≥1；f_h为过频阈值，K_{p_fh}为过频下垂控制系数，f_{h_hys}为过频滞回点，K_{p_fh_hys}为过频滞回控制系数。

8、欠频滞回控制模型

本实施例中欠频滞回控制模型如下式(12)所示：

其中，f_l为欠频阈值，K_{p_fl}为欠频下垂控制系数，K_{p_fl_hys}为欠频滞回点。

9、一次调频判断单元

本实施例中一次调频判断单元可以依据并网点频率分别与一次调频死区和滞回点之间的不同比较值确定新能源电站在t时刻有功功率参考值。具体为：

(1)新能源电站的并网点频率超过一次调频死区

若接收到AGC系统下发的闭锁指令后，将AGC系统在t-1时刻下发的有功功率参考值作为新能源电站在t时刻有功功率参考值。

若接收到AGC系统下发的更新指令后，将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为新能源电站在t时刻有功功率参考值。

(2)新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围内

若有功出力调节量计算模块未对并网点频率进行滞回控制，则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)。

若有功出力调节量计算模块对并网点频率进行滞回控制且并网点频率达到滞回点，则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)。

若有功出力调节量计算模块对并网点频率进行滞回控制且并网点频率未达到滞回点则依据AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)。

进一步地，本实施例中有功出力裕量评估模块还可以包括下述结构。

本实施例中有功出力裕量评估模块包括第一评估单元和第二评估单元。其中，

第一评估单元，采集常规算法计算各发电单元的有功出力裕量，即依据新能源电站的超短期功率预测值、实时气象信息、历史气象信息和各发电单元的实时有功出力值P评估各发电单元的有功出力最大值，并依据该有功出力最大值计算各发电单元的有功出力裕量。

第二评估单元，用于依据新能源电站的历史气象信息和非受限发电单元的历史有功出力值构建专家系统或人工神经网络，并依据专家系统或人工神经网络分析实时气象信息、超短期功率预测值和样板机的有功出力值，得到各受限发电单元的有功出力裕量。

图6为本实施例中有功出力裕量评估模块拓扑示意图，如图所示，本实施例中第二评估单元还可以包括实时有功出力计算子单元和自主训练学习子单元。其中，实时有功出力计算子单元可以实时采集样板机的有功出力值和非受限发电单元的有功出力值，自主训练学习子单元通过对新能源电站的历史气象信息和非受限发电单元的历史有功出力值进行训练和学习可以构建专家系统或人工神经网络。

进一步地，本实施例中有功出力调整量分配模块还可以包括下述结构。

本实施例中有功出力调整量分配模块包括第五计算单元和第六计算单元。其中，

第五计算单元，用于按照相同的分配比例设置各发电单元的有功出力调整量，该分配比例为各发电单元的有功出力调整量与其有功出力裕量的比值，各发电单元的有功出力裕量乘以该分配比例即可得到能够分配到各自的有功出力调整量。

第六计算单元，用于将新能源电站的有功出力调节量分配到提前选定的各发电单元，并控制新能源电站内其余的各发电单元的有功出力值保持不变。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述方法包括：

计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量；

依据所述有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值；

评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量；

依据所述有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量；

依据所述新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值，各发电单元按照各自的有功出力参考值进行有功出力；

所述计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量包括：

当新能源电站的并网点频率超过一次调频死区时，依据提前选定的控制策略计算有功出力调节量；所述控制策略包括多频段下垂控制策略、改进下垂控制策略和滞回控制策略；

当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围时，若所述提前选定的控制策略为滞回控制策略则依据其计算有功出力调节量；若所述提前选定的控制策略为多段下垂控制策略或改进下垂控制策略则将所述有功出力调节量重新设置为0；

所述依据多频段下垂控制策略和改进下垂控制策略计算所述有功出力调节量均包括：若所述并网点频率大于所述一次调频死区的上限值则对其进行过频下垂控制；若所述并网点频率小于所述一次调频死区的下限值则对其进行欠频下垂控制；

所述过频下垂控制如下式(1)所示：

其中，ΔP_f为有功出力调节量，f为并网点频率，f_h1和K_{p_fh1}分别为过频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_h2和K_{p_fh2}分别为过频II段曲线的阈值和下垂控制系数；

所述欠频下垂控制如下式(2)所示：

其中，f_l1和K_{p_fl1}分别为欠频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_l2和K_{p_fl2}分别为欠频II段曲线的阈值和下垂控制系数。

2.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述依据滞回控制策略计算所述有功出力调节量均包括：若所述并网点频率大于所述一次调频死区的上限值则对其进行过频滞回控制；若所述并网点频率小于所述一次调频死区的下限值则对其进行欠频滞回控制；

所述过频滞回控制如下式(3)所示：

其中，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，ΔP_f(t-1)为t-1时刻的有功出力调节量，t≥1；f为并网点频率，f_h为过频阈值，K_{p_fh}为过频下垂控制系数，f_{h_hys}为过频滞回点，K_{p_fh_hys}为过频滞回控制系数；

所述欠频滞回控制如下式(4)所示：

其中，f_l为欠频阈值，K_{p_fl}为欠频下垂控制系数，f_{l_hys}为欠频滞回点，K_{p_fl_hys}为欠频滞回控制系数。

3.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述依据有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值包括：

获取新能源电站内AGC系统下发的有功功率参考值；

依据计算所述有功出力调节量采用的控制策略确定所述新的有功功率参考值：若所述控制策略为多频段下垂控制策略和滞回控制策略，所述新的有功功率参考值如下式(5)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_ref(t) (5)

其中，P_{ref_new}(t)为t时刻所述新的有功功率参考值，P_ref(t)为t时刻所述AGC系统下发的有功功率参考值，ΔP_f(t)为t时刻新能源电站的有功出力调节量，t≥1；

若所述控制策略为改进下垂控制策略，所述新的有功功率参考值如下式(6)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_POI(t-1) (6)

其中，P_POI(t-1)为t-1时刻新能源电站的有功出力值。

4.如权利要求3所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述获取新能源电站内AGC系统下发的有功功率参考值P_ref(t)包括：

当新能源电站的并网点频率超过一次调频死区后，依据所述AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)：若该控制指令为闭锁指令，则将AGC系统在t-1时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；若该控制指令为更新指令，则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；

当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围且未采用滞回控制策略时，将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；

当新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围且采用滞回控制策略时，若并网点频率达到滞回点则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；若并网点频率未达到滞回点则依据所述AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)。

5.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量包括：

依据超短期功率预测值、实时气象信息、历史气象信息和各发电单元的实时有功出力值评估各发电单元的有功出力最大值，进而计算得到各发电单元的有功出力裕量；

所述超短期功率预测值为未来4小时的新能源电站的有功出力值。

6.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述评估新能源电站内受限发电单元的有功出力裕量包括：

获取新能源电站的历史气象信息、实时气象信息、超短期功率预测值、样板机的有功出力值和非受限发电单元的历史有功出力值；

依据所述历史气象信息和历史有功出力值构建专家系统或人工神经网络；

依据所述专家系统或人工神经网络分析所述实时气象信息、超短期功率预测值和样板机的有功出力值，得到受限发电单元的有功出力裕量；

其中，所述受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前有功出力值受到限制的发电单元，所述非受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元，所述样板机为新能源电站内持续采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元，所述超短期功率预测值为未来4小时的新能源电站的有功出力值。

7.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述依据有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量包括：

按照相同的分配比例设置各发电单元的有功出力调整量，所述分配比例为各发电单元的有功出力调整量与其有功出力裕量的比值；

或者，

选取预置数量的发电单元，将新能源电站的有功出力调节量分配到被述选取的各发电单元，其余未被选取的各发电单元的有功出力值保持不变。

8.如权利要求1所述的一种新能源电站的一次调频控制方法，其特征在于，所述控制各发电单元按照各自的有功出力参考值进行有功出力之后还包括：分析新能源电站的一次调频指标和一次调频电量贡献指数；

所述一次调频指标包括响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率和稳态均值。

9.一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述一次调频控制系统包括：

有功出力调节量计算模块，用于计算对新能源电站进行一次调频的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量计算新能源电站的新的有功功率参考值；

有功出力裕量评估模块，用于评估新能源电站内各发电单元的有功出力裕量；

有功出力调整量分配模块，用于依据所述有功出力裕量计算各发电单元的有功出力调整量，依据所述新的有功功率参考值和各发电单元的有功出力调整量，计算各发电单元的有功出力参考值；

所述有功出力调节量计算模块包括第一计算单元、第二计算单元、过频下垂控制模型、欠频下垂控制模型、过频滞回控制模型和欠频滞回控制模型；

所述第一计算单元，用于在新能源电站的并网点频率超过一次调频死区时：控制所述过频下垂控制模型或欠频下垂控制模型对所述并网点频率进行下垂控制；或者，控制所述过频滞回控制模型或欠频滞回控制模型对所述并网点频率进行滞回控制；

所述第二计算单元，用于在新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围内时：控制所述过频滞回控制模型或欠频滞回控制模型对所述并网点频率进行滞回控制；或者，将新能源电站的有功出力调节量重新设置为0。

10.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述一次调频控制系统还包括测控采集装置、通信网络和指标分析模块；

所述测控采集装置，用于采集新能源电站的并网点频率和有功出力值；

所述通信网络，用于分别与新能源电站的AGC系统、超短期功率预测系统、资源监测系统和历史数据库通信；

所述指标分析模块，用于计算所述系统对新能源电站进行一次调频的响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率、稳态均值和一次调频电量贡献指数。

11.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，

所述过频下垂控制模型如下式(7)所示：

其中，ΔP_f为有功出力调节量，f为并网点频率，f_h1和K_{p_fh1}分别为过频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_h2和K_{p_fh2}分别为过频II段曲线的阈值和下垂控制系数；

所述欠频下垂控制模型如下式(8)所示：

其中，f_l1和K_{p_fl1}分别为欠频I段曲线的阈值和下垂控制系数，f_l2和K_{p_fl2}分别为欠频II段曲线的阈值和下垂控制系数；

所述过频滞回控制模型如下式(9)所示：

其中，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，ΔP_f(t-1)为t-1时刻的有功出力调节量，t≥1；f_h为过频阈值，K_{p_fh}为过频下垂控制系数，f_{h_hys}为过频滞回点，K_{p_fh_hys}为过频滞回控制系数；

所述欠频滞回控制模型如下式(10)所示：

其中，f为欠频阈值，K_{p_fl}为欠频下垂控制系数，f_{l_hys}为欠频滞回点，K_{p_fl_hys}为欠频滞回控制系数。

12.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述有功出力调节量计算模块还包括第三计算单元和第四计算单元；

所述第三计算单元包括有功功率参考值计算模型，其用于在对新能源电站的并网点频率进行下垂控制或滞回控制得到有功出力调节量后，计算新能源电站的新的有功功率参考值；所述有功功率参考值计算模型如下式(11)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_ref(t) (11)

其中，P_{ref_new}(t)为t时刻的所述新的有功功率参考值，P_ref(t)为t时刻AGC系统下发的有功功率参考值，ΔP_f(t)为t时刻的有功出力调节量，t≥1；

所述第四计算单元包括有功功率参考值计算模型，其用于在对新能源电站的并网点频率进行下垂控制得到有功出力调节量后，计算新能源电站的新的有功功率参考值；所述有功功率参考值计算模型如下式(12)所示：

P_{ref_new}(t)＝ΔP_f(t)+P_POI(t-1) (12)

其中，P_POI(t-1)为t-1时刻新能源电站的有功出力值。

13.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述有功出力调节量计算模块还包括一次调频判断单元，其用于：

在新能源电站的并网点频率超过一次调频死区且接收到AGC系统下发的闭锁指令后，将所述AGC系统在t-1时刻下发的有功功率参考值作为新能源电站在t时刻有功功率参考值，t≥1；或者，

在新能源电站的并网点频率超过一次调频死区且接收到AGC系统下发的更新指令后，将所述AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为新能源电站在t时刻有功功率参考值；或者，

在新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围且所述有功出力调节量计算模块未对并网点频率进行滞回控制时，将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；或者，

在新能源电站的并网点频率经过一次调频控制后处于一次调频死区的范围且所述有功出力调节量计算模块对并网点频率进行滞回控制时，若并网点频率达到滞回点则将AGC系统在t时刻下发的有功功率参考值作为有功功率参考值P_ref(t)；若并网点频率未达到滞回点则依据所述AGC系统下发的控制指令确定有功功率参考值P_ref(t)。

14.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述有功出力裕量评估模块包括第一评估单元和第二评估单元；

所述第一评估单元，用于依据新能源电站的超短期功率预测值、实时气象信息、历史气象信息和各发电单元的实时有功出力值评估各发电单元的有功出力最大值，并依据该有功出力最大值计算各发电单元的有功出力裕量；

所述第二评估单元，用于依据新能源电站的历史气象信息和非受限发电单元的历史有功出力值构建专家系统或人工神经网络，并依据所述专家系统或人工神经网络分析实时气象信息、超短期功率预测值和样板机的有功出力值，得到各受限发电单元的有功出力裕量；

其中，受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前有功出力值受到限制的发电单元，所述非受限发电单元为对新能源电站进行一次调频控制之前采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元，所述样板机为新能源电站内持续采用最大功率点跟踪算法进行有功出力的发电单元。

15.如权利要求9所述的一种新能源电站的一次调频控制系统，其特征在于，所述有功出力调整量分配模块包括第五计算单元和第六计算单元；

所述第五计算单元，用于按照相同的分配比例设置各发电单元的有功出力调整量，该分配比例为各发电单元的有功出力调整量与其有功出力裕量的比值；

所述第六计算单元，用于将新能源电站的有功出力调节量分配到提前选定的各发电单元，并控制其余未被选定的各发电单元的有功出力值保持不变。

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