CN109038614A - 一种光伏电站参与系统调频的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏电站参与系统调频的控制方法和系统，包括：根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；根据光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；基于最终的光伏电站有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。本发明提供的技术方案通过频率变化率判别电网发生扰动的大小，采用紧急控制立即增大或减少不同的固定有功功率对光伏电站有功功率进行调节，加强了对电网频率的支撑力度，从而减少电网频率波动幅度，增加电网稳定性。

Description

一种光伏电站参与系统调频的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及配电网领域，具体涉及一种光伏电站参与系统调频的控制方法。

背景技术

将电力系统的频率维持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，但是随着光伏发电和风力发电等新能源发电的快速发展，新能源发电在整个系统电源中的占比也越来越高，而且由于新能源发电发展的区域性特点，其在某些区域电网中的占比已经非常高，为了确保新能源发电的消纳，常规机组出力不断被压低，部分地区甚至不得不减少常规机组的开机数量，这使得整个系统的惯量下降，系统频率的波动性加剧。

目前，光伏电站仅考虑了按照普通下垂控制参与系统的调频，没有充分发挥光伏电站的大量的功率快速下调能力，而当大规模新能源接入弱同步支撑直流送端电网中发生直流闭锁故障时，这种能力则显得尤为重要。

发明内容

针对光伏电站在紧急情况下参与系统频率调节这一技术问题，本发明克服现有技术的不足，提供一种改进的光伏电站参与系统调频的控制方法，减少电网在紧急情况下的频率波动，提高电网稳定性。

本发明提供的技术方案是：

一种光伏电站参与系统调频的控制方法，包括：

根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

根据所述光伏电站有功功率调节量修正初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

基于所述最终的光伏电站有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。

优选的，所述根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量，包括：

当并网点频率在设定的调节死区范围内时，将有功功率调节量设定为零；

当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率低于系统额定频率时，根据并网点频率变化率和设定的下降变化率阈值，计算确定有功功率调节量；

当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率高于系统额定频率时，根据并网点频率变化率与设定的第一上升变化率阈值和第二上升变化率阈值，计算确定有功功率调节量；

其中，所述第二上升变化率阈值大于第一上升变化率阈值；

所述设定的调节死区范围包括：大于频率死区下限值且小于频率死区上限值；

所述并网点频率和频率变化率分别为经过低通滤波后的光伏电站并网点频率和频率变化率。

进一步的，所述当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率低于系统额定频率时，根据并网点频率变化率和设定的下降变化率阈值，计算确定有功功率调节量的计算式如下：

其中，ΔP为光伏电站有功功率调节量，f为测得的并网点频率，f_L为频率死区下限值，k_L为并网点频率低于额定频率时的功频调节系数，R_fL为设定的下降变化率阈值，为并网点频率处于下降阶段时等于f_L时的变化率，P_add为设定的光伏电站参与系统调频的恒定功率调节量，f_min为系统扰动造成并网点频率下降的最低值。

进一步的，所述当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率高于系统额定频率时，根据并网点频率变化率与设定的第一上升变化率阈值和第二上升变化率阈值，计算确定有功功率调节量的计算式如下：

其中，ΔP为光伏电站有功功率调节量，f为测得的并网点频率，f_H为频率死区上限值，k_H为并网点频率高于额定频率时的功频调节系数，为并网点频率处于上升阶段时等于f_H时的变化率，R_fH1为设定的第一上升变化率阈值，R_fH2为设定的第二上升变化率阈值，P_cur1为设定的光伏电站参与系统调频的第一恒定功率调节量，P_cur2为设定的光伏电站参与系统调频的第二恒定功率调节量，且P_cur2<P_cur1<0，f_max为系统扰动造成并网点频率上升的最高值。

优选的，所述根据所述光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值，包括：

将光伏电站有功功率调节量叠加至光伏电站的有功功率初始指令值，得到光伏电站新的有功功率参考值；

根据光伏电站有功功率调节量和新的有功功率参考值，结合光伏电站的最大可发功率值和最小可发功率值进行判断，计算得到光伏电站的最终有功功率参考值。

进一步的，所述光伏电站的最终有功功率参考值的计算式如下：

其中，P_ref为光伏电站的最终有功功率参考值，ΔP为光伏电站有功功率调节量，P_ref1为光伏电站新的有功功率参考值，P_max为光伏电站的最大可发功率值，P_min为光伏电站的最小可发功率值。

进一步的，所述光伏电站新的有功功率参考值的计算式如下：

P_ref1＝P_ref0+ΔP

其中，P_ref1为光伏电站新的有功功率参考值，ΔP为光伏电站有功功率调节量，P_ref0为光伏电站接收到的有功功率初始指令值。

一种光伏电站参与系统调频控制系统，所述系统包括：

有功功率调节量计算模块，用于根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

修正模块，用于根据光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

控制模块，用于根据最终的光伏电站有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。

所述有功功率调节量计算模块包括：数据采集单元和计算单元；

所述数据采集单元，用于采集光伏电站并网点频率和频率变化率；

所述计算单元，用于从数据采集单元得到的并网点频率和频率变化率计算获得光伏电站有功功率调节量。

所述修正模块包括：第一计算单元和第二计算单元；

所述第一计算单元，用于根据有功功率调节量和有功功率初始指令值，计算新的有功功率参考值；

所述第二计算单元，用于结合有功功率调节量和新的有功功率参考值，计算最终的有功功率参考值。

所述控制模块包括：读取单元和控制单元；

所述读取单元，用于读取修正模块输出的最终的有功功率参考值；

所述控制单元，用于接收读取单元输出的最终的有功功率参考值，并按照参考值发出有功功率控制指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种光伏电站参与系统调频的控制方法，根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；根据光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；基于最终的光伏电站的有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。本发明引入频率变化率判断电网发生扰动的大小，进而采取不同的调节策略，如果电网发生的扰动比较小，光伏电站仅采用普通下垂控制参与系统调频，如果电网发生的扰动比较大，光伏电站则对光伏电站有功功率进行修正控制，减少电网的频率波动。

本发明提供的技术方案通过频率变化率判别电网发生扰动的大小，在电网发生小扰动使频率超过死区时，通过普通下垂控制对光伏电站有功功率进行调节，支撑电网频率，减少电网偏差，在电网发生大扰动使频率超过死区时，根据频率变化率的大小，采用紧急控制立即增大或减少不同的固定有功功率对光伏电站有功功率进行调节，加强了对电网频率的支撑力度，从而减少电网频率波动幅度，增加电网稳定性。

附图说明

图1为本发明的光伏电站参与系统调频的控制方法流程图；

图2为本发明实施例中光伏电站参与系统频率调节的有功功率调节量计算示意图；

图3为本发明实施例中光伏电站参与系统调频的控制方法实施流程图；

图4为本发明的光伏电站参与系统调频控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明作进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在电网系统惯量基本保持不变的情况下，频率变化率与系统内功率变化的大小成正比，如果系统功率变化不大，光伏电站仅需要采用下垂控制方法参与系统调频即可，如果系统功率变化很大，光伏电站则需要采取紧急功率调节手段对光伏电站进行控制，避免系统频率偏差过大，而在频率恢复的过程中，在采取紧急功率调节手段后如果光伏电站的功率急速地恢复，则将对系统又形成一个大的扰动，不利于系统的稳定，因此，在频率恢复的过程中，光伏电站的功率也需要进行缓慢恢复。

针对光伏电站在紧急情况下参与系统频率调节这一技术问题，本专利根据光伏电站的实际运行情况，采用合适的功率分配策略对电站内的光伏逆变器进行控制，通过频率变化率判别电网发生扰动的大小，采用紧急控制立即增大或减少不同的固定有功功率对光伏电站有功功率进行调节，加强了对电网频率的支撑力度，从而减少电网频率波动幅度，增加电网稳定性。

实施例1：

本发明实施例提供的光伏电站参与系统调频的控制方法，其具体实施过程如图1所示，包括：

S101：根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

S102：根据所述光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

S103：基于所述最终的光伏电站的有功功率参考值控制光伏电站的并网点有功功率。

具体的，本发明实施例提供的光伏电站参与系统调频的控制方法实施流程图如图3所示，包含如下内容：

步骤S101：根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量，实施过程如下：

步骤S101-1：首先通过测量获得经过低通滤波后的光伏电站并网点频率和频率变化率；

步骤S101-2：根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站参与系统频率调节的有功功率调节量ΔP，具体实施过程如下：

若测得的并网点频率在调节死区范围内，即f_L<f<f_H时，光伏电站不参与系统频率调节，如下式所示：

ΔP＝0 (1)

若测得的并网点频率超出调节死区，且并网点频率低于系统额定频率f_nom，即f<f_L时，根据并网点频率变化率df/dt的大小对光伏电站的有功功率进行调节，有功功率调节量计算方式如下所示：

如果则在系统频率越过死区后下降和恢复的过程中皆遵循下式：

ΔP＝k_L×(f_L-f) (2)

如果则在系统频率越过死区后下降即df/dt＜0的过程中遵循下式：

ΔP＝P_add (3)

在系统频率越过最低点后上升即df/dt＞0的过程中遵循下式：

若测得的并网点频率超出调节死区，且并网点频率高于系统额定频率f_nom，即f>f_H时，根据并网点频率变化率df/dt的大小对光伏电站的有功功率进行调节，有功功率调节量计算方式如下所示：

如果则在系统频率越过死区后上升和恢复的过程中皆遵循下式：

ΔP＝k_H×(f_H-f) (5)

如果则在系统频率越过死区后上升即df/dt＞0的过程中遵循下式：

ΔP＝P_cur1 (6)

在系统频率越过最高点后下降即df/dt＜0的过程中遵循下式：

如果则在系统频率越过死区后上升即df/dt＞0的过程中遵循下式：

ΔP＝P_cur2 (8)

在系统频率越过最高点后下降即df/dt＜0的过程中遵循下式：

其中，f为测得的并网点频率，f_L为频率死区下限值，f_H为频率死区上限值，ΔP为光伏电站参与系统频率调节的调节量，f_nom为系统额定频率，df/dt为并网点频率变化率，为并网点频率处于下降阶段时等于f_L时的变化率，为并网点频率处于上升阶段时等于f_H时的变化率，k_L为并网点频率低于额定频率时的功频调节系数，k_H为并网点频率高于额定频率时的功频调节系数，R_fL为并网点频率为f_L时的变化率阈值(其取值为负值)，R_fH1为并网点频率为f_H时的变化率阈值1(其取值为正值)，R_fH2为并网点频率为f_H时的变化率阈值2(其取值为正值，且R_fH2>R_fH1)，P_add为超过阈值R_fL时设定的光伏电站参与系统调频的恒定功率调节量(其取值为正值)，P_cur1为处于阈值R_fH1与R_fH2之间时设定的光伏电站参与系统调频的恒定功率调节量(其取值为负值)，P_cur2为超过阈值R_fH2时设定的光伏电站参与系统调频的恒定功率调节量(其取值为负值，且P_cur2<P_cur1)，f_min为系统扰动造成并网点频率下降的最低值，f_max为系统扰动造成并网点频率上升的最高值；

如图2，本发明实施例中光伏电站参与系统频率调节的有功功率调节量计算示意图所示，若并网点频率在调节死区范围内，光伏电站不参与系统频率调节，如式(1)所示；若测得的并网点频率超出调节死区，且f<f_L时，根据并网点频率变化率df/dt的大小对光伏电站的有功功率进行调节，如果则在系统频率越过死区后下降和恢复的过程中按照式(2)计算调节量，如图中线①所示，如果则按照式(3)、式(4)计算调节量，如图中线②所示；若测得的并网点频率超出调节死区，且f>f_H时，根据并网点频率变化率df/dt的大小对光伏电站的有功功率进行调节，如果则在系统频率越过死区后上升和恢复的过程中按照式(5)计算调节量，如图中线③所示，如果则按照式(6)、式(7)计算调节量，如图中线④所示，如果则按照式(8)、式(9)计算调节量，如图中线⑤所示。

步骤S102：根据所述光伏电站有功功率调节量ΔP对光伏电站的有功功率初始控制指令进行修正，得到最终的光伏电站有功功率参考值，实施过程如下：

将光伏电站有功功率调节量叠加至光伏电站接收到的有功功率初始指令值，从而得到光伏电站新的有功功率参考值，如下式所示：

P_ref1＝P_ref0+ΔP (10)

进一步对得到的光伏电站有功功率参考值进行修正。

当ΔP>0时，比较P_ref1和P_max的大小，如果P_ref1>P_max，则：

P_ref＝P_max (11)

如果P_ref1<P_max，则：

P_ref＝P_ref1 (12)

当ΔP<0时，比较P_ref1和P_min的大小，如果P_ref1>P_min，则：

P_ref＝P_ref1 (13)

如果P_ref1<P_min，则：

P_ref＝P_min (14)

其中，P_ref0为光伏电站接收到的有功功率初始指令值，P_ref1为考虑光伏电站参与系统调频后的光伏电站有功功率参考值，P_max为光伏电站的最大可发功率值，P_min为光伏电站的最小可发功率值，P_ref为光伏电站的最终有功功率参考值。

步骤S103：根据光伏电站的实际运行情况，采用合适的功率分配策略对电站内的光伏逆变器进行控制，将光伏电站的并网点有功功率控制到最终的光伏电站有功功率参考值。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供一种光伏电站参与系统调频控制系统，如图4所示，所述系统包括：

有功功率调节量计算模块，用于根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

修正模块，用于根据光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

控制模块，用于根据最终的光伏电站的有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。

所述有功功率调节量计算模块包括：数据采集单元和计算单元；

所述数据采集单元，用于采集光伏电站并网点频率和频率变化率；

所述计算单元，用于从数据采集单元得到的并网点频率和频率变化率计算获得光伏电站有功功率调节量。

所述修正模块包括：第一计算单元和第二计算单元；

所述第一计算单元，用于根据有功功率调节量和有功功率初始指令值，计算新的有功功率参考值；

所述第二计算单元，用于结合有功功率调节量和新的有功功率参考值，计算最终的有功功率参考值。

所述控制模块包括：读取单元和控制单元；

所述读取单元，用于读取修正模块输出的最终的有功功率参考值；

所述控制单元，用于接收读取单元输出的最终的有功功率参考值，并按照参考值发出有功功率控制指令。

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、系统、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(系统)、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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，包括：

根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

根据所述光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

基于所述最终的光伏电站有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。

2.根据权利要求1所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量，包括：

当并网点频率在设定的调节死区范围内时，将有功功率调节量设定为零；

当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率低于系统额定频率时，根据并网点频率变化率和设定的下降变化率阈值，计算确定有功功率调节量；

当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率高于系统额定频率时，根据并网点频率变化率与设定的第一上升变化率阈值和第二上升变化率阈值，计算确定有功功率调节量；

其中，所述第二上升变化率阈值大于第一上升变化率阈值；

所述设定的调节死区范围包括：大于频率死区下限值且小于频率死区上限值；

所述并网点频率和频率变化率分别为经过低通滤波后的光伏电站并网点频率和频率变化率。

3.根据权利要求2所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率低于系统额定频率时，根据并网点频率变化率和设定的下降变化率阈值，计算确定有功功率调节量的计算式如下：

其中，ΔP为光伏电站有功功率调节量，f为测得的并网点频率，f_L为频率死区下限值，k_L为并网点频率低于额定频率时的功频调节系数，R_fL为设定的下降变化率阈值，为并网点频率处于下降阶段时等于f_L时的变化率，P_add为光伏电站参与系统调频的恒定功率调节量，f_min为系统扰动造成并网点频率下降的最低值。

4.根据权利要求2所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述当并网点频率超出设定的调节死区范围，且并网点频率高于系统额定频率时，根据并网点频率变化率与设定的第一上升变化率阈值和第二上升变化率阈值，计算确定有功功率调节量的计算式如下：

其中，ΔP为光伏电站有功功率调节量，f为测得的并网点频率，f_H为频率死区上限值，k_H为并网点频率高于额定频率时的功频调节系数，为并网点频率处于上升阶段时等于f_H时的变化率，R_fH1为设定的第一上升变化率阈值，R_fH2为设定的第二上升变化率阈值，P_cur1为设定的光伏电站参与系统调频的第一恒定功率调节量P_cur2为设定的光伏电站参与系统调频的第二恒定功率调节量，且P_cur2<P_cur1<0，f_max为系统扰动造成并网点频率上升的最高值。

5.根据权利要求1所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述根据所述光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值，包括：

将光伏电站有功功率调节量叠加至光伏电站的有功功率初始指令值，得到光伏电站新的有功功率参考值；

根据光伏电站有功功率调节量和新的有功功率参考值，结合光伏电站的最大可发功率值和最小可发功率值进行判断，计算得到光伏电站的最终有功功率参考值。

6.根据权利要求5所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述光伏电站的最终有功功率参考值的计算式如下：

其中，P_ref为光伏电站的最终有功功率参考值，ΔP为光伏电站有功功率调节量，P_ref1为光伏电站新的有功功率参考值，P_max为光伏电站的最大可发功率值，P_min为光伏电站的最小可发功率值。

7.根据权利要求5所述的光伏电站参与系统调频的控制方法，其特征在于，所述光伏电站新的有功功率参考值的计算式如下：

P_ref1＝P_ref0+ΔP

其中，P_ref1为光伏电站新的有功功率参考值，ΔP为光伏电站有功功率调节量，P_ref0为光伏电站接收到的有功功率初始指令值。

8.一种光伏电站参与系统调频控制系统，其特征在于，包括：

有功功率调节量计算模块，用于根据光伏电站并网点频率和频率变化率计算光伏电站有功功率调节量；

修正模块，用于根据光伏电站有功功率调节量修正光伏电站的有功功率初始指令值，得到最终的光伏电站有功功率参考值；

控制模块，用于根据最终的光伏电站有功功率参考值对光伏电站的并网点有功功率进行控制。

9.如权利要求8所述的光伏电站参与系统调频控制系统，其特征在于，所述有功功率调节量计算模块包括：数据采集单元和计算单元；

所述数据采集单元，用于采集光伏电站并网点频率和频率变化率；

所述计算单元，用于根据从数据采集单元得到的并网点频率和频率变化率计算获得光伏电站有功功率调节量。

10.如权利要求8所述的光伏电站参与系统调频控制系统，其特征在于，所述修正模块包括：第一计算单元和第二计算单元；

所述第一计算单元，用于根据有功功率调节量和有功功率初始指令值，计算新的有功功率参考值；

所述第二计算单元，用于结合有功功率调节量和新的有功功率参考值，计算最终的有功功率参考值。

11.如权利要求8所述的光伏电站参与系统调频控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：读取单元和控制单元；

所述读取单元，用于读取修正模块输出的最终的有功功率参考值；

所述控制单元，用于接收读取单元输出的最终的有功功率参考值，并按照参考值发出有功功率控制指令。