CN107026460B - 基于新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，包括以下步骤：步骤1:采集控制区的负荷统计特性和风电出力特性；步骤2：根据CPS标准推导计算出电网的二次调频责任；步骤3：计算各区域的负荷和风电出力在分钟级别的统计方差，按照方差分布比例来重新分配各区域的频率偏差系数；步骤4：通过仿真比较改进之后的各控制区域的CPS标准值情况，得到新的频率偏差系数分配方法。本发明公开方法中所提供的新的频率偏差系数分配方法能能公平、合理的分配各控制区域的调频责任，有利于系统在现有基础上最大限度的消纳风电。

Description

基于新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法

技术领域

本发明属于电力系统二次调频技术领域，涉及一种基于新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法。涉及专利分类号H02发电、变电或配电H02J供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统H02J3/00交流干线或交流配电网络的电路装置。

背景技术

随着环境问题的严峻以及可再生能源的发展，可再生能源将大规模地并入到电力系统之中，这对电力系统的稳定运行是一个挑战。在保证电网安全运行的前提下，为了能够更多的消纳可再生能源，提出了区域合并消纳风电的策略。在该策略下如何合理公平的分配确定区域的调频责任，即频率偏差系数，成为了一个难题。

而我国目前普遍实行的是按照区域规模来分配一个固定频率偏差系数，其中用该区域的年负荷最大功率来衡量区域规模。但这种方式无法时刻保证区域的频率偏差系数始终处于合理的区间，对电网的频率控制不利。另外，这种方法有着两个前提，即各区域日负荷曲线形态相似和各区负荷扰动分量构成相似。在风电并网之后，由于风电出力的波动性和随机性，不可避免的对接入风电区域的负荷波动产生影响。所以在可再生能源大规模并网下，按照以往的频率偏差系数的确定方法有着诸多不利之处。

发明内容

根据现有频率偏差系数确定方法的问题，本发明根据CPS标准中对区域调频效果的要求，提出按照分钟级负荷波动方差的大小来分配频率偏差系数的方法。具体的技术方案是：一种新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，包括以下步骤：

步骤1：采集至少包括当前控制区域的负荷统计特性和风电出力特性的电网数据；根据负荷、风电曲线，得到此区域波动特性曲线；

步骤2：依据控制性能评价标准CPS(Control Performance Standard)，计算出由多个控制区域互联之后形成的联合区域的二次调频责任B_s；

步骤3：计算多个控制区域的负荷统计特性和风电出力特性在分钟级别的统计均方差S_i，按照方差分布比例，重新分配各区域的频率偏差系数B_i。

作为优选的实施方式，所述依据CPS标准，计算出电网的二次调频责任B_s过程如下：

—叠加多个所述控制区域的区域控制偏差ACE_i，形成联合区域的总区域控制偏差ACE_S，忽略联络线交换功率在计划和测量中的误差和错误，将所述总区域控制偏差表示为所述二次调频责任和△f的乘积；

—根据互联区域中有功出力应尽量接近整个电网的负荷扰动量ΔP_Ls的原则，得出如下公式：

根据均方差公式RMS²(X)＝σ²(X)+AVG²(X)＝AVG(X²)，对CPS标准中，作为指标要求的，Δf一分钟长期统计特性小于一目标值作为对频率控制，进行变换，得到如下表达式

将所述二次调频责任B_s代入上式，得到

化简并整理得到

—根据电网规定的ε₁值和电网ΔP_Ls的历史数据，根据上述算出互联电力系统总的二次调频责任B_s；

其中：Δf₁为互联系统Δf1min的平均值，ε₁为互联电力系统在一年的时间段内频差的1min平均值的均方根值，ACE_S为互联系统总的区域控制偏差；ACE_i为区域i的区域控制偏差；ΔP_tiei为区域i的联络线实际交换功率偏差；B_i为区域的频率偏差系数；B_s为互联电力系统总的频率偏差系数；ΔP_Ls为系统负荷扰动；

为互联系统一分钟ACE的平均值；

为互联系统一分钟负荷扰动的平均值。

作为优选的实施方式，所述步骤3具体过程如下：

根据方差公式：

其中S为样本方差；x_i为样本数据点；M为样本平均值；n为样本数量；

根据滚动平均法分离出负荷和风电在分钟级别的负荷曲线，每分钟取500 个点计算出负荷及风电的方差；

式中：L_Ft是经滚动平均法后t时刻的负荷峰值；2M是样本数量；

分钟级别负荷分量的幅值L_M为L_t及其对应的L_Ft的差值，将得到的L_M数据代入式方差公式中即可得到方差；

互联电力系统区域i的方差为S_i，则风电大规模并网后的频率偏差系数为：

本发明公开了新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，包括以下步骤：步骤1:采集控制区的负荷统计特性和风电出力特性；步骤2：根据CPS标准推导计算出电网的二次调频责任；步骤3：计算各区域的负荷和风电出力在分钟级别的统计方差，按照方差分布比例来重新分配各区域的频率偏差系数；步骤4：通过仿真比较改进之后的各控制区域的CPS标准值情况，得到新的频率偏差系数分配方法。本发明公开方法中所提供的新的频率偏差系数分配方法能能公平、合理的分配各控制区域的调频责任，有利于系统在现有基础上最大限度的消纳风电。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明频率偏差系数分配算法图；

图2为本发明单区域系统发电机负荷构成模型图；

图3为本发明CPS标准计算模型图；

图4为本发明的算法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1-4所示：一种新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，包括以下步骤：

步骤1：采集至少包括当前控制区域的负荷统计特性和风电出力特性的电网数据；根据负荷、风电曲线，得到此区域波动特性曲线；

步骤2：依据控制性能评价标准(Control Performance Standard—CPS)，计算出当前联合区域(多个区域互联之后的大区域)二次调频责任B_s，

步骤3：计算多个控制区域的负荷统计特性和风电出力特性在分钟级别的统计均方差S_i，按照方差分布比例，重新分配各区域的频率偏差系数B_i。

所述依据CPS标准，计算出电网的二次调频责任B_s过程如下：

根据我国电网采用的对Δf的一分钟长期统计特性小于一目标值作为对频率控制的指标要求：

如果将互联区域中所有区域的ACE_i相加，得到区域总的ACE_s为：

ACE_s＝∑ACE_i＝∑ΔP_tiei+(∑B_i)Δf (2.2)

忽略联络线交换功率在计划和测量中的误差和错误，∑ΔP_tiei＝0，

公式(2.2)化为：

ACE_s≈B_s·Δf (2.3)

为了达到规定的频率控制目标，互联区域中有功出力应尽量接近整个电网的负荷扰动量ΔP_Ls，即ACE_s≈-ΔP_Ls，所以：

根据均方差公式：

RMS²(X)＝σ²(X)+AVG²(X)＝AVG(X²) (2.5)

根据式(2.5)化简式(2.1)可得：

将固定值B_s代入得

根据式(2.1)得：

最终整理得到：

—根据电网规定的ε₁值和电网ΔP_Ls的历史数据，按照公式(2.9)即可算出互联电力系统总的二次调频责任B_s；

其中：Δf₁为互联系统Δf1min的平均值，ε₁为互联电力系统在一年的时间段内频差的1min平均值的均方根值，ACE_S为互联系统总的区域控制偏差；ACE_i为区域i的区域控制偏差；ΔP_tiei为区域i的联络线实际交换功率偏差；B_i为区域的频率偏差系数；B_s为互联电力系统总的频率偏差系数；ΔP_Ls为系统负荷扰动；

为互联系统一分钟ACE的平均值；

为互联系统一分钟负荷扰动的平均值。

所述步骤3具体过程如下：

根据方差公式：

其中S为样本方差；x_i为样本数据点；M为样本平均值；n为样本数量；

根据滚动平均法分离出负荷和风电在分钟级别的负荷曲线，每分钟取500 个点计算出负荷及风电的方差；

式中：L_Ft是经滚动平均法后t时刻的负荷峰值；2M是样本数量；

分钟级别负荷分量的幅值L_M为L_t及其对应的L_Ft的差值，将得到的L_M数据代入式(3.1)中即可得到方差；

互联电力系统区域i的方差为S_i，则风电大规模并网后的频率偏差系数为：

实施例：

以两区域电力系统仿真结果，说明本发明的实施过程，通过仿真比较改进之后的各控制区域的CPS标准值情况，得到新的频率偏差系数分配方法。

仿真模拟典型日负荷、风电曲线，利用两区域互联电力系统仿真模型，得到24小时两区域的CPS评价标准值。其中，区域1是采用按照区域规模分配B 系数的方法，区域2是利用负荷波动方差来分配B系数的方法。

表一 两种方法的CPS标准值

	区域1	区域2
			CPS1	178.5	195.8
CPS2	90	100

本文所提出的在新能源大规模并网下的频率偏差系数确定方法，符合新能源并网形势下的调频责任分配原则，较原有的按照区域规模分配B系数的方法，区域的CPS考核标准值更满足要求，同时也更公平。

以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：采集至少包括当前控制区域的负荷统计特性和风电出力特性的电网数据；根据负荷、风电曲线，得到此区域波动特性曲线；

步骤2：依据控制性能评价标准CPS，计算出由多个控制区域互联之后形成的联合区域的二次调频责任B_s；

步骤3：计算多个控制区域的负荷统计特性和风电出力特性在分钟级别的统计均方差S_i，按照方差分布比例，重新分配各区域的频率偏差系数B_i；所述依据CPS标准，计算出电网的二次调频责任B_s过程如下：

—叠加多个所述控制区域的区域控制偏差ACE_i，形成联合区域的总区域控制偏差ACE_S，忽略联络线交换功率在计划和测量中的误差和错误，将所述总区域控制偏差表示为所述二次调频责任和频率偏差△f的乘积；

—根据互联区域中有功出力应尽量接近整个电网的负荷扰动量ΔP_Ls的原则，得出如下公式：

根据均方差公式RMS²(X)＝σ²(X)+AVG²(X)＝AVG(X²)，对CPS标准中，作为指标要求的，Δf一分钟长期统计特性小于一目标值作为对频率控制，进行变换，得到如下表达式

将所述二次调频责任B_s带入上式，得到

化简并整理得到

—根据电网规定的ε₁值和电网ΔP_Ls的历史数据，根据上述算出互联电力系统总的二次调频责任B_s；

其中：Δf₁为互联系统Δf 1min的平均值，ε₁为互联电力系统在一年的时间段内频差的1min平均值的均方根值，ACE_S为互联系统总的区域控制偏差；ACE_i为区域i的区域控制偏差；ΔP_tiei为区域i的联络线实际交换功率偏差；B_i为区域的频率偏差系数；B_s为互联电力系统总的频率偏差系数；ΔP_Ls为系统负荷扰动；

为互联系统一分钟ACE的平均值；

为互联系统一分钟负荷扰动的平均值。

2.根据权利要求1所述的新能源大规模并网下频率偏差系数的确定方法，其特征在于所述步骤3具体过程如下：

根据方差公式：

其中S为样本方差；x_i为样本数据点；M为样本平均值；n为样本数量；

根据滚动平均法分离出负荷和风电在分钟级别的负荷曲线，每分钟取500个点计算出负荷及风电的方差；

式中：L_Ft是经滚动平均法后t时刻的负荷峰值；2M是样本数量；

分钟级别负荷分量的幅值L_M为L_t及其对应的L_Ft的差值，将得到的L_M数据代入式方差公式中即可得到方差；

互联电力系统区域i的方差为S_i，则风电大规模并网后的频率偏差系数为：

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