CN109921459A - 一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，具体为，利用网省公司调度主站在线动态安全稳定分析系统，实时进行直流闭锁预想故障下的时域仿真，制定光伏发电参与电网一次调频的控制策略，当实时监测到直流闭锁故障发生时，匹配该策略，使光伏电站集中参与电网一次调频；另外实时计算直流闭锁故障后电网的CPS指标，当指标不合格时，实时判断调频水、火电裕量是否足够，在不足时启用光伏电站协调进行电网二次频率调整；在电网稳态运行时，根据外送断面的传输裕量，合理提升光伏电站的实时发电功率。本发明能够有效利用光伏电站的调频能力，与常规水、火电相协调，提高光伏高占比送端电网在大频差事件中的安全稳定性。

Description

一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，属于电网调控技术领域。

背景技术

随着可再生能源技术的发展，新能源发电的并网容量不断增加，但目前我国并网的光伏发电和风力发电等新能源对电网呈现零惯性或弱惯性，普遍不参与电网调频，随着其渗透率的不断提高，将增加电力系统的频率稳定控制的难度。以西北电网为例，至2018年底，新能源装机达8000万千瓦左右，新能源出力最大占区域发电负荷的50％以上；直流外送规模超过4371万千瓦，占区域发电负荷的50％以上，如此巨量的新能源发电以及直流外送容量使电网的频率稳定控制面临巨大风险。直流闭锁等常规直流故障引起的功率冲击易引发系统高频、低频，甚至高低频连锁风险；另一方面，新能源的大规模接入替代了大量常规电源，系统转动惯量和常规一次调频容量呈下降趋势，电网频率调节能力降低，在大容量不平衡功率扰动下，更易引发频率越限甚至低频减载动作。大型新能源基地送端电网的调频特性及优化控制已成为电网发展过程必须要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，针对光伏高占比送端电网和我国新能源基地大容量直流外送的特点，提出与常规水、火电调频方法相协调的光伏发电参与电网一次调频和二次调频的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，包括以下步骤：

1)实时监测大规模光伏送端电网直流送出断面运行情况，实时统计送端电网光伏电站有功出力总和和送端电网所有发电机有功出力总和，实时计算电网的CPS指标，当没有直流闭锁故障发生，并且CPS指标合格时，进入步骤2)；当实时监测到直流闭锁故障发生时，进入步骤3)；当CPS指标不合格时，进入步骤4)；

2)确定断面传输裕量和各光伏电站的发电裕量，等比提升光伏电站的发电功率；

3)调整光伏电站的有功控制策略，使光伏电站集中参与电网一次调频，并按照一定比例分配一次调频量至各光伏电站以及各光伏发电单元；

4)送端系统高频并且持续时间超过阈值T时，实时判断是否需要使用光伏电站进行电网二次频率调整；若需要，则计算需要降低的光伏电站出力总量，并确定各光伏电站调整优先级，按优先级依次调整光伏电站有功功率。

前述的步骤2)中，根据断面实时输送有功以及调度运行辅助决策确定的断面功率传输极限，确定断面传输裕量和各光伏电站的发电裕量，计算如下：

P_mar＝P_限额-P_实时，

其中，P_mar为断面传输裕量，P_限额为调度运行辅助决策确定的断面有功功率传输极限，P_实时为送端电网断面实时传输有功功率；

其中，为第i个光伏电站的发电裕量，为第i个光伏电站预测最大有功出力，为第i个光伏电站实时有功出力，i＝1,2,…,n，i为光伏电站的编号，n为光伏电站总数。

前述的步骤2)中，基于下式提升光伏电站的发电功率：

如果则

如果则

其中，为第i个光伏电站提升的发电功率。

前述的步骤3)中，

光伏电站参与电网一次调频的调频量为：

其中，为第i个光伏电站的一次调频量，为第i个光伏电站的有功功率响应系数，i＝1,2,…,n，i为光伏电站的编号，n为光伏电站总数，ΔP_M为送端电网各发电机的一次调频总量，P_PV总为送端电网光伏电站有功出力总和，P_GEN总为送端电网所有发电机有功出力总和。

前述的有功功率响应系数计算如下：

其中，为故障前第i个光伏电站的有功功率，为第i个光伏电站有功功率相对于故障前的变化量；

所述送端电网各发电机的一次调频总量计算如下：

如果|f_steady-50|≤0.05，则

否则，

其中，f_steady为仿真进入稳态时的送端电网频率，K_S为系统频率调节系数，f₀为直流闭锁前送端电网实时频率，为仿真进入稳态时送端电网第g个发电机有功功率相对于故障前的变化量，g＝1,2,…,m，g为送端电网发电机的编号，m为送端电网发电机总数，包含光伏电站；

所述系统频率调节系数计算如下：

其中，P_DC为直流闭锁前的实时传输功率，f_peak为送端电网频率峰值，ΔP_AC为电网频率峰值时刻送出断面其它交流线路的实时传输功率相对于故障前的变化量之和。

前述的步骤3)中，

光伏电站内各光伏发电单元的一次调频量通过以下公式联立求解：

其中，为第i个光伏电站中第j个发电单元的实际有功出力，为第i个光伏电站中第j个发电单元的一次调频量，为第i个光伏电站中第j个发电单元的最大有功出力，j＝1,2,…,l，j为第i个光伏电站中光伏发电单元的编号，l为第i个光伏电站中光伏发电单元总数。

前述的步骤4)中，判断是否需要使用光伏电站进行电网二次频率调整的方式为：首先判断系统中可用的调频火电和调频水电的调频功率是否已经用完，若没用完，则优先使用水电或火电进行调频，并返回步骤1)继续进行实时监测；否则使用光伏电站进行电网二次频率调整。

前述的对于火电机组，若机组的出力接近最低调频出力，则此时火电机组无降出力能力，若水电机组已退出运行，则水电机组无降出力能力。

前述的步骤4)中，需要降低的光伏电站出力总量计算如下：

ΔP_二次调频＝K_s·(f_real-f₀)

其中，ΔP_二次调频为需要降低的光伏电站出力总量，f_real为实测到的此时系统频率。

前述的步骤4)中，根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数确定各光伏电站调整优先级，越大优先级越高，按优先级依次切除光伏电站，直至总切除量大于ΔP二_次调频。

本发明所达到的有益效果为：

在电网稳态运行时，根据外送断面的传输裕量，合理提升光伏电站的发电功率，可以提高电网对新能源的接纳能力；当直流闭锁故障实时发生时，实时匹配直流闭锁预想故障下光伏电站参与电网一次调频的预决策措施，可以增加电网一次调频容量，通过光伏电站集中参与电网一次调频的方式也改善了光伏电站原分散式调频或不参与调频时电网的频率稳定性；当电网CPS指标不合格时，可以实现光伏电站与常规水、火电协调的电网二次频率调整。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，具体步骤如下：

1)基于在线动态安全稳定分析系统，针对电网实时数据，进行直流闭锁预想故障下的时域仿真，根据仿真结果计算该数据时刻的系统频率调节系数K_S，计算直流闭锁进入稳态后送端电网各发电机的一次调频总量ΔP_M，计算各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数(i＝1,2,…,n，n为光伏电站总数)，具体计算如下：

1a)根据实时数据获取直流闭锁前的实时传输功率P_DC和送端电网实时频率f₀，根据直流闭锁预想故障下的时域仿真结果获取送端电网频率峰值f_peak，以及电网频率峰值时刻送出断面其它交流线路的实时传输功率相对于故障前的变化量之和ΔP_AC，计算系统频率调节系数K_S：

1b)根据直流闭锁预想故障下的时域仿真结果，获取仿真进入稳态时，送端电网各发电机有功出力相对于故障前的变化量(g＝1,2,…,m，m为送端电网发电机总数，包含光伏电站在内)，以及仿真进入稳态时的送端电网频率f_steady，计算直流闭锁进入稳态后送端电网各发电机的一次调频总量ΔP_M：如果|f_steady-50|≤0.05，否则，

1c)计算各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数 为故障前光伏电站实时有功出力。

同时，实时监测大规模光伏送端电网直流送出断面运行情况，判断是否有直流闭锁故障发生，实时统计送端电网光伏电站有功出力总和P_PV总和送端电网所有发电机有功出力总和(包括光伏电站)P_GEN总,实时计算电网的CPS指标(反映联络线功率和系统频率偏差控制管理水平和技术应用水平的综合评价指标，电网通用指标)。当没有直流闭锁故障发生，并且CPS指标合格时，进入步骤2)；当实时监测到直流闭锁故障发生时，进入步骤3)；当CPS指标不合格时，进入步骤4)。

2)电网正常运行时，根据断面实时输送有功，以及调度运行辅助决策确定的断面功率传输极限，确定断面传输裕量，结合光伏电站实时预测的发电裕量，等比提升光伏电站的发电功率，在电网常态下提高电网对光伏电站的接纳能力。

具体步骤如下：

2-1)计算送端电网断面传输裕量P_mar与各光伏电站的发电裕量n为光伏电站总数)，

P_mar＝P_限额-P_实时

其中，P_限额为调度运行辅助决策确定的断面有功功率传输极限，P_实时为送端电网断面实时传输有功功率。

其中，为光伏电站预测最大有功出力，为故障前光伏电站实时有功出力。

2-2)计算各光伏电站提升功率

如果则

如果则

3)实时监测到直流闭锁故障发生时，匹配直流闭锁预想故障时域仿真计算结果，调整光伏电站的有功控制策略，使光伏电站集中参与电网一次调频。根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数以及直流闭锁预想故障计算获取的各发电机的一次调频总量ΔP_M，合理分配一次调频量至各光伏电站以及各光伏发电单元。

具体步骤如下：

3-1)计算各光伏电站参与电网集中调频的一次调频量根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数以及直流闭锁预想故障计算获取的各发电机的一次调频总量ΔP_M，按公式合理分配各光伏电站的一次调频量。

3-2)将各光伏电站参与电网集中调频的一次调频量选用等可调容量比例模式分配至各光伏发电单元。计算光伏电站内各光伏发电单元的一次调频量n为光伏电站总数，j＝1,2,…,l，l为光伏电站光伏发电单元总数)。令为第i个光伏电站中第j个发电单元的实际有功出力，为第i个光伏电站中第j个发电单元的最大有功出力。联立公式(1)和(2)，可求解

4)当直流闭锁故障导致CPS指标不合格，送端系统高频，并且持续时间超过阈值T时，结合WAMS平台的状态信息和EMS平台的定值信息，实时判断是否需要使用光伏电站进行电网二次频率调整。若需要，则根据系统频率调节系数K_S计算出需要降低的光伏电站出力总量，根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数确定各光伏电站调整优先级，按优先级依次调整光伏电站有功功率。

具体步骤如下：

4-1)当直流闭锁故障导致CPS指标不合格，送端系统高频，并且持续时间超过阈值T时，实时判断系统中可用的调频火电和调频水电的调频功率是否已经用完。若没用完，则优先使用这些调频性能更好的水电或火电进行调频，并继续返回步骤1)进行实时监测；否则使用光伏电站进行电网二次频率调整，进入步骤4-2)。对于火电机组，若机组的出力接近最低调频出力，则认为此时火电机组已无降出力能力，若水电机组已退出运行，则认为水电机组无降出力能力。

4-2)根据系统频率调节系数K_S计算出需要降低的光伏电站出力总量ΔP_二次调频，

ΔP_二次调频＝K_s·(f_real-f₀)

其中，f_real为实测到的此时系统频率。

再根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数确定各光伏电站调整优先级，越大优先级越高，按优先级依次切除光伏电站，直至总切除量大于ΔP_二次调频。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时监测大规模光伏送端电网直流送出断面运行情况，实时统计送端电网光伏电站有功出力总和和送端电网所有发电机有功出力总和，实时计算电网的CPS指标，当没有直流闭锁故障发生，并且CPS指标合格时，进入步骤2)；当实时监测到直流闭锁故障发生时，进入步骤3)；当CPS指标不合格时，进入步骤4)；

2)确定断面传输裕量和各光伏电站的发电裕量，等比提升光伏电站的发电功率；

3)调整光伏电站的有功控制策略，使光伏电站集中参与电网一次调频，并按照一定比例分配一次调频量至各光伏电站以及各光伏发电单元；

4)送端系统高频并且持续时间超过阈值T时，实时判断是否需要使用光伏电站进行电网二次频率调整；若需要，则计算需要降低的光伏电站出力总量，并确定各光伏电站调整优先级，按优先级依次调整光伏电站有功功率。

2.根据权利要求1所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据断面实时输送有功以及调度运行辅助决策确定的断面功率传输极限，确定断面传输裕量和各光伏电站的发电裕量，计算如下：

P_mar＝P_限额-P_实时，

其中，P_mar为断面传输裕量，P_限额为调度运行辅助决策确定的断面有功功率传输极限，P_实时为送端电网断面实时传输有功功率；

其中，为第i个光伏电站的发电裕量，为第i个光伏电站预测最大有功出力，为第i个光伏电站实时有功出力，i＝1,2,…,n，i为光伏电站的编号，n为光伏电站总数。

3.根据权利要求2所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，基于下式提升光伏电站的发电功率：：

如果则

如果则

其中，为第i个光伏电站提升的发电功率。

4.根据权利要求1所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，

光伏电站参与电网一次调频的调频量为：

其中，为第i个光伏电站的一次调频量，为第i个光伏电站的有功功率响应系数，i＝1,2,…,n，i为光伏电站的编号，n为光伏电站总数，ΔP_M为送端电网各发电机的一次调频总量，P_PV总为送端电网光伏电站有功出力总和，P_GEN总为送端电网所有发电机有功出力总和。

5.根据权利要求4所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述有功功率响应系数计算如下：

其中，为故障前第i个光伏电站的有功功率，为第i个光伏电站有功功率相对于故障前的变化量；

所述送端电网各发电机的一次调频总量计算如下：

如果|f_steady-50|≤0.05，则

否则，

其中，f_steady为仿真进入稳态时的送端电网频率，K_S为系统频率调节系数，f₀为直流闭锁前送端电网实时频率，为仿真进入稳态时送端电网第g个发电机有功功率相对于故障前的变化量，g＝1,2,…,m，g为送端电网发电机的编号，m为送端电网发电机总数，包含光伏电站；

所述系统频率调节系数计算如下：

其中，P_DC为直流闭锁前的实时传输功率，f_peak为送端电网频率峰值，ΔP_AC为电网频率峰值时刻送出断面其它交流线路的实时传输功率相对于故障前的变化量之和。

6.根据权利要求4所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，

光伏电站内各光伏发电单元的一次调频量通过以下公式联立求解：

其中，为第i个光伏电站中第j个发电单元的实际有功出力，为第i个光伏电站中第j个发电单元的一次调频量，为第i个光伏电站中第j个发电单元的最大有功出力，j＝1,2,…,l，j为第i个光伏电站中光伏发电单元的编号，l为第i个光伏电站中光伏发电单元总数。

7.根据权利要求1所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，判断是否需要使用光伏电站进行电网二次频率调整的方式为：首先判断系统中可用的调频火电和调频水电的调频功率是否已经用完，若没用完，则优先使用水电或火电进行调频，并返回步骤1)继续进行实时监测；否则使用光伏电站进行电网二次频率调整。

8.根据权利要求7所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，对于火电机组，若机组的出力接近最低调频出力，则此时火电机组无降出力能力，若水电机组已退出运行，则水电机组无降出力能力。

9.根据权利要求5所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，需要降低的光伏电站出力总量计算如下：

ΔP_二次调频＝K_s·(f_real-f₀)

其中，ΔP_二次调频为需要降低的光伏电站出力总量，f_real为实测到的此时系统频率。

10.根据权利要求9所述的一种光伏高占比送端电网直流闭锁后的有功频率控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据各光伏电站在直流闭锁预想故障下的有功功率响应系数确定各光伏电站调整优先级，越大优先级越高，按优先级依次切除光伏电站，直至总切除量大于ΔP_二次调频。