CN109980660B - 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法 - Google Patents

基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109980660B
CN109980660B CN201910311972.5A CN201910311972A CN109980660B CN 109980660 B CN109980660 B CN 109980660B CN 201910311972 A CN201910311972 A CN 201910311972A CN 109980660 B CN109980660 B CN 109980660B
Authority
CN
China
Prior art keywords
generator
power
frequency response
proportional
constraint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910311972.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109980660A (zh
Inventor
陈建华
张瑶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201910311972.5A priority Critical patent/CN109980660B/zh
Publication of CN109980660A publication Critical patent/CN109980660A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109980660B publication Critical patent/CN109980660B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/386—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，该方法包括以下步骤：建立具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；根据劳斯稳定判据，对表达式进行简化；将简化后的表达式扩展到多发电机系统，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式；将标准形式转换到时域，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差；确定基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件；根据优化目标和约束条件，对电力系统进行鲁棒区间风电调度。本发明在发生风电出力突然波动时，能够保证系统频率波动范围始终在系统安全限度内，而且能够消纳更多的风电。

Description

基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法
技术领域
本发明属于电力系统运行和控制技术领域，特别涉及一种基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法。
背景技术
风能取之不尽、用之不竭，并且清洁无污染，使得风力发电成为未来最有希望的可再生能源利用形式之一。在过去二十年内，全球风电产业获得了超常发展。中国2017年新增风电装机容量19660MW，占全球风电新增装机容量的37.45％，位列世界第一。
虽然风力发电具有较多优点，但同时它也存在随机性、间歇性大及难以准确预测等缺点。大规模风电接入电网对电力系统的有功平衡及频率控制带来了较大挑战。当风电出力出现突然大幅度波动时，电力系统有功平衡将被破坏，频率也将随之出现严重振荡，这将对电力系统安全稳定造成较大影响。而且，大部分风力发电机组是异步发电机，它们不能像同步发电机那样提供惯性响应和一次频率控制服务，从而将进一步恶化电力系统频率响应特性。
为适应大规模风电接入，人们提出了许多新的调度方法和模型，如基于模型预测控制的动态经济调度、鲁棒优化等，但它们缺乏对风电出力扰动后的频率稳定问题分析。少数文献虽然对调度过程中的频率稳定性问题进行了考虑，但仿真结果表明，采用传统的电力系统一次频率响应模型有时会导致出现大量弃风问题，这使得这些方法难以投入实际应用。因此，亟需一种能够有效改进系统频率响应特性的模型及调度方法。
发明内容
为解决大规模风电接入后的电力系统频率控制难题，本发明提出一种基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法。该方法能够有效改善系统频率特性，提高风电消纳水平，具体步骤为：
步骤一，建立具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；
步骤二，根据劳斯稳定判据，获得简化后的具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；
步骤三，将具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式；
步骤四，将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差；
步骤五，根据发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型，确定基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件；
步骤六，根据基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件，对电力系统进行鲁棒区间风电调度。
优选的，所述步骤一中具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式为：
Figure BDA0002031003160000021
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，s为复数频率，D为负荷阻尼系数，FHP为高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH为再热器时间常数，R为调速器的速度调节率，TCH为主进汽室的时间常数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，TG为伺服时间常数，及RD为比例和微分控制器的微分系数。
优选的，所述步骤二中简化后的具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式为：
Figure BDA0002031003160000022
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，R为调速器的速度调节率，Rp为比例和微分控制器的比例系数，H为发电机转子的机械惯性时间常数，s为复数频率，D为负荷阻尼系数，FHP为高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH为再热器时间常数。
优选的，所述步骤三中将具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式，具体步骤为：
具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统后，表达式为：
Figure BDA0002031003160000031
其中，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH，i为第i台发电机的再热器时间常数，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，RP，i为第i台发电机的比例和微分控制器的比例系数，D为负荷阻尼系数。
设所有发电机再热器的时间常数均为T，所有RP，i取相同值RP，式(11)转化为式(12)，式(12)为电力系统一次频率响应特性的标准形式：
Figure BDA0002031003160000032
其中：
Figure BDA0002031003160000033
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，s为复数频率，T为发电机再热器的时间常数，H为发电机转子的机械惯性时间常数，D为负荷阻尼系数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数。
优选的，所述步骤四中将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差，具体步骤为：
将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，Δω的阶跃响应表示如下：
Figure BDA0002031003160000034
其中，
Figure BDA0002031003160000035
令Δω(t)导数为0，求得其极值点，也就是扰动情况下的最大频率偏差：
Figure BDA0002031003160000041
其中，
Figure BDA0002031003160000042
Δω(t0)为扰动情况下的最大频率偏差，ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，T为发电机再热器的时间常数，t为时间变量。
优选的，所述步骤五中的所述优化目标为使目标函数
Figure BDA0002031003160000043
直最小：
目标函数包括火电机组运行成本及风电场弃风惩罚成本两部分，
Figure BDA0002031003160000044
其中：ai、bi、ci为常规火电机组煤耗成本系数，Gcon为传统火电机组集合，Gwind为风电场集合，λj为风电场弃风的惩罚成本系数，pit为火电机组i在时段t的有功出力，ts和Ts分别为优化过程的初始时段及优化时长，
Figure BDA0002031003160000045
为风电场了在时段t的出力计划区间，
Figure BDA0002031003160000046
为风电场了在时段t的预测出力区间。
优选的，所述步骤五中的所述约束条件包括系统频率波动限值约束、发电机出力限值约束、旋转备用约束、输电断面潮流限值约束和火电机组的爬坡率约束。
优选的，所述系统频率波动限值约束、发电机出力限值约束、旋转备用约束、输电断面潮流限值约束和火电机组的爬坡率约束具体为：
①系统频率波动限值约束
Figure BDA0002031003160000047
其中，
Figure BDA0002031003160000051
为允许的系统频率波动安全阈值，
Figure BDA0002031003160000052
为风电出力波动量，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，T为发电机再热器时间常数，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，Γ∈[0，1]为不确定度，代表了系统安全性与经济性的权衡，Γ越大则解越保守，反之亦然，e为自然常数，s.t.在数学公式中表示受到的约束。
②发电机出力限值约束
Figure BDA0002031003160000053
Figure BDA0002031003160000054
Figure BDA0002031003160000055
其中，
Figure BDA0002031003160000056
p i分别为常规火电机组的出力上下限。
③旋转备用约束
Figure BDA0002031003160000057
Figure BDA0002031003160000058
其中，Dt为第t时段的系统负荷需求；
Figure BDA0002031003160000059
分别为火电机组i在第t时段的上、下旋转备用；Gcon及Gwind分别为传统火电机组及风电场集合；
Figure BDA00020310031600000510
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力。
④输电断面潮流限值约束
Figure BDA00020310031600000511
Figure BDA0002031003160000061
其中，
Figure BDA0002031003160000062
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力，kli为火电机组i对断面l的发电分布转移因子，klj为风电机组i对断面l的发电分布转移因子，L为总输电断面个数；
Figure BDA0002031003160000063
TLl 分别为输电断面l的潮流上下限值。
⑤火电机组的爬坡率约束。
pi，t-1-Δpd，iΔT≤pit≤pi，t-1+Δpu，iΔT (26)
其中，Δpu，i、Δpd，i分别为火电机组最大上、下爬坡速度，ΔT为优化步长。
本发明与现有技术相比具有以下优势：
1、本发明方法能够显著改善电力系统一次频率响应特性，显著减小风电出力波动情况下的频率波动幅度，提高电力系统安全性；
2、本发明方法叫传统考虑频率特性的有功调度方法相比，能够消纳更多风电，从而减小弃风问题，提升电力系统经济性；
附图说明
图1为基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法流程图；
图2为传统电力系统一次频率响应模型；
图3为增加比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型；
图4为增加比例和微分控制器反馈的电力系统与传统电力系统的一次频率控制效果比较；以及
图5为基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法与传统调度方法的风电出力结果对比。
具体实施方式
本发明的目的是为解决大规模风电接入后的电力系统频率控制难题，提出一种基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法。该方法能够有效改善系统频率特性，提高风电消纳水平。该方法首先对传统的一次频率响应模型进行了改进，增加了一个基于比例和微分控制器的反馈环节，并对改进后的一次频率响应模型的传递函数进行了推导。在此基础上，提出一种频域传递函数的降阶方法，并推导了频率的时域响应表达式。最后，将频率的时域响应特性作为约束融入到鲁棒区间风电调度模型中，并对控制效果进行了分析。
本发明提出的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，具体包括以下步骤：
步骤一，建立增加了比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型及其表达式；
如图1所示的传统的电力系统一次频率响应模型，其表达式如下面的式(1)所示：
Figure BDA0002031003160000071
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，s为复数频率，D为负荷阻尼系数，FHP为高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH为再热器时间常数，R为调速器的速度调节率，TG为伺服时间常数，TCH为主进汽室的时间常数。
本发明在传统一次频率响应模型的调速器响应特性部分添加一个基于比例和微分控制器反馈环节，改进后的获得的增加比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型如图2所示，其表达式如下面的式(2)所示：
Figure BDA0002031003160000072
其中，Rp为比例和微分控制器的比例系数，及RD为比例和微分控制器的微分系数。
由于TCH取值范围在0.2～0.3s左右，而TRH取值范围通常为6～12s，因此，TCH相对TRH来说基本可以忽略，这样式(2)可以降阶为式(3)的形式，式(3)为传递函数：
Figure BDA0002031003160000073
步骤二，根据劳斯稳定判据，简化增加比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；
根据劳斯稳定判据，要使得控制系统稳定，式(4)～(7)应严格满足：
2HRTRH(TG-RD)＞0 (4)
2HTRHR(1-RP)+R(2H+TRHD)(TG-RD)＞0 (5)
DR(1-RP)+1＞0 (6)
Figure BDA0002031003160000081
由(4)～(6)可知，要满足公式(4)～(6)则必须使得参数满足以下要求：
RD＜TG
Figure BDA0002031003160000082
当Rp及RD取值越小时，传递函数(3)的特征方程(即，式(3)的分母)的极点将离坐标轴虚轴越远，控制系统越稳定。同时，控制效果将会越差，这意味着频率波动将会越大，反之亦然。因此，为减小频率波动，Rp及RD应取较大数值。同时，由于R一般取值为10-3级别，因此，R(1-RP)及(TG-RD)R一般较小。据此，忽略R(1-RP)及(TG-RD)R两项后，式(7)可以简化为如下形式：
Figure BDA0002031003160000083
当TRH取典型值6～12s，FHP取典型值0.1～0.6，D取典型值1％，H取典型值3～6s，由式(8)可得：
Figure BDA0002031003160000084
由式(9)可知，时间常数
Figure BDA0002031003160000085
相对于TRH来说数值较小。因此，忽略
Figure BDA0002031003160000086
后，式(3)可以化简为如下形式：
Figure BDA0002031003160000087
步骤三，将增加比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型扩展到多发电机系统，设所有发电机再热器的时间常数TRH均为T，设所有RP，i取相同值RP，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式；
当扩展到多发电机系统后，式(10)可以表示为如下形式：
Figure BDA0002031003160000091
其中，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH，i为第i台发电机的再热器时间常数，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，RP，i为第i台发电机的比例和微分控制器的比例系数。
以往研究表明，频率波动对TRH灵敏度较小，因此，可近似假设所有发电机再热器的时间常数均为T。同时，考虑控制参数设置的简便性，假定所有RP，i取相同值RP，这样，式(11)可以转化为式(12)，式(12)为电力系统一次频率响应特性的标准形式：
Figure BDA0002031003160000092
其中：
Figure BDA0002031003160000093
其中：Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，s为复数频率，T为发电机再热器的时间常数，H为发电机转子的机械惯性时间常数，D为负荷阻尼系数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数。
步骤四，将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差；
将式(12)转换到时域中，Δω的阶跃响应可以表示为如下形式：
Figure BDA0002031003160000101
其中，
Figure BDA0002031003160000102
t为时间变量。
令Δω(t)导数为0，可以求得其极值点，也就是扰动情况下的最大频率偏差：
Figure BDA0002031003160000103
其中，
Figure BDA0002031003160000104
Δω(t0)为扰动情况下的最大频率偏差，ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，T为发电机再热器的时间常数，t为时间变量。
步骤五，确定基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件；
在步骤一建立了增加比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的基础上，本发明将扰动情况下电力系统最大频率偏差Δω(t0)，即式(14)作为约束引入到鲁棒区间风电调度模型中，从而建立了考虑发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型，考虑发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型包括优化目标和约束条件两部分。
1)发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标是使目标函数最小，其中目标函数包括两部分：火电机组运行成本及风电场弃风惩罚成本。
Figure BDA0002031003160000105
其中：ai、bi、ci为常规火电机组煤耗成本系数，Gcon为传统火电机组集合，Gwind为风电场集合，λj为风电场弃风的惩罚成本系数，pit为火电机组i在时段t的有功出力，ts和Ts分别为优化过程的初始时段及优化时长，
Figure BDA0002031003160000106
为风电场j在时段t的出力计划区间，
Figure BDA0002031003160000107
为风电场j在时段t的预测出力区间。
2)约束条件
①系统频率波动限值约束
Figure BDA0002031003160000111
其中，
Figure BDA0002031003160000112
为允许的系统频率波动安全阈值，
Figure BDA0002031003160000113
为风电出力波动量，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，T为发电机再热器时间常数，FHP，i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，Γ∈[0，1]为不确定度，代表了系统安全性与经济性的权衡，Γ越大则解越保守，反之亦然，e为自然常数，s.t.在数学公式中表示受到的约束。
式(16)保证了在任意风电出力波动情况下电力系统最大频率偏差满足系统安全要求。式(16)的第一个约束为单个风电场出力变化范围的限制约束，第二个约束为对所有风电场出力变化范围的限制约束。
式(16)为非线性规划问题，不能用现有的优化方法直接求解。然而，将绝对值号去除后，它可以等值转化为如下两个线性规划问题，从而可以方便求解：
Figure BDA0002031003160000114
Figure BDA0002031003160000121
②发电机出力限值约束
Figure BDA0002031003160000122
Figure BDA0002031003160000123
Figure BDA0002031003160000124
其中，
Figure BDA0002031003160000125
p i分别为常规火电机组的出力上下限。
③旋转备用约束
Figure BDA0002031003160000126
Figure BDA0002031003160000127
其中，Dt为第t时段的系统负荷需求；
Figure BDA0002031003160000128
分别为火电机组i在第t时段的上、下旋转备用；Gcon及Gwind分别为传统火电机组及风电场集合；
Figure BDA0002031003160000129
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力。
④输电断面潮流限值约束
Figure BDA00020310031600001210
Figure BDA00020310031600001211
其中，
Figure BDA0002031003160000131
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力，L为总输电断面个数；kli为火电机组i对断面l的发电分布转移因子，klj为风电机组i对断面l的发电分布转移因子，
Figure BDA0002031003160000132
TL l分别为输电断面l的潮流上下限值。
⑤火电机组的爬坡率约束。
pi，t-1-Δpd，iΔT≤pit≤pi，t-1+Δpu，iΔT (26)
其中，Δpu，i、Δpd，i分别为火电机组最大上、下爬坡速度，ΔT为优化步长。
步骤六，根据基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件，对电力系统进行鲁棒区间风电调度。
将优化目标和约束条件输入到电力调度系统中，式(15)-(26)构成了一个双层非线性规划问题，其中，(16)-(18)、(22)-(25)为优化问题的子问题。根据当前电力系统参数，实时计算获得该模型的解，即根据目标函数、系统频率波动限值约束、发电机出力限值约束、旋转备用约束、输电断面潮流限值约束和火电机组的爬坡率约束的公式进行联立方程组，对式(15)-(26)求解获得火电机组i在时段t的有功出力pit及风电场j在时段t的出力计划区间
Figure BDA0002031003160000133
然后，在系统中设定pit为火电机的组i在时段t的有功出力，设定
Figure BDA0002031003160000134
为风电场j在时段t的出力区间，在这种计划方式安排下，当发生风电出力突然波动时，不仅能够保证系统频率波动范围始终在系统安全限度内，而且与考虑传统一次频率响应特性的调度模型相比，本发明方法能够消纳更多的风电。对该模型，根据线性规划的强对偶原理，可将下层优化问题用其对偶问题等价替换后转化为传统的二次规划问题求解。
下面结合步骤一到步骤六，对本申请提出的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法进行仿真，以IEEE RTS系统为测试系统，对本发明所提方法进行仿真验证，具体算例结果如下：
1)令RP＝0.6，RD＝0.15，TG＝0.2s，并假定在t＝0s时风电出力突然出现23.91MW波动，则采用本发明模型与采用传统一次频率响应模型时电力系统一次频率控制效果如图3所示。
由图3可见，在传统的一次频率控制模式下，系统最大频率偏差为-0.19Hz；而采用本发明所提控制模型时，系统最大频率偏差为-0.095Hz。因此，本发明所提方法能够有效减小扰动情况下的系统最大频率偏差幅值，对保证系统频率安全具有重要意义。同时，本发明所提方法只需6s左右即可使得系统频率回复到稳定值，而传统一次频率控制模式则需要10s左右时间，因此本发明方法能够有效减小系统频率波动时间，使得系统能够在更短时间内恢复到稳定状态，对保证电力系统暂态稳定性也具有重要意义。
2)图4给出了基于本发明改进频率响应模型与基于传统频率响应模型的风电出力结果对比。可以看出，本发明所提方法能够有效提高风电出力区间范围，从而使得电力系统能够消纳更多风电，对提升系统经济性具有较好意义。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一，建立具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；
步骤二，根据劳斯稳定判据，获得简化后的具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式；
步骤三，将具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式；
步骤四，将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差；
步骤五，确定基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件；以及
步骤六，根据基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度模型的优化目标和约束条件，对电力系统进行鲁棒区间风电调度。
2.根据权利要求1所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤一中具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式为：
Figure FDA0002564414060000011
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，s为复数频率，D为负荷阻尼系数，FHP为高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH为再热器时间常数，R为调速器的速度调节率，TCH为主进汽室的时间常数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，TG为伺服时间常数，及RD为比例和微分控制器的微分系数。
3.根据权利要求2所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤二中简化后的具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型的表达式为：
Figure FDA0002564414060000021
其中，Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，R为调速器的速度调节率，Rp为比例和微分控制器的比例系数，H为发电机转子的机械惯性时间常数，s为复数频率，D为负荷阻尼系数，FHP为高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH为再热器时间常数。
4.根据权利要求3所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤三中将具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统，获得电力系统一次频率响应特性的标准形式，具体步骤为：
具有比例和微分控制器反馈的一次频率响应模型表达式扩展到多发电机系统后，表达式为：
Figure FDA0002564414060000022
其中，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，FHP,i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，TRH,i为第i台发电机的再热器时间常数，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，RP,i为第i台发电机的比例和微分控制器的比例系数，D为负荷阻尼系数。
设所有发电机再热器的时间常数TRH均为T，所有RP,i取相同值RP，式(11)转化为式(12)，式(12)为电力系统一次频率响应特性的标准形式：
Figure FDA0002564414060000023
其中：
Figure FDA0002564414060000024
其中,Δω为发电机转子转速与同步转速的偏差，ΔPL为扰动大小，s为复数频率，T为发电机再热器的时间常数，H为发电机转子的机械惯性时间常数，D为负荷阻尼系数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP,i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数。
5.根据权利要求4所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤四中将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，并对发电机转子转速与同步转速的偏差求导，获取多发电机系统在扰动情况下的最大频率偏差，具体步骤为：
将电力系统一次频率响应特性的标准形式转换到时域中，Δω的阶跃响应表示如下：
Figure FDA0002564414060000031
其中，
Figure FDA0002564414060000032
令Δω(t)导数为0，求得其极值点，也就是扰动情况下的最大频率偏差：
Figure FDA0002564414060000033
其中，
Figure FDA0002564414060000034
Δω(t0)为扰动情况下的最大频率偏差,ΔPL为扰动大小，H为发电机转子的机械惯性时间常数，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，FHP,i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，T为发电机再热器的时间常数,t为时间变量。
6.根据权利要求5所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤五中的所述优化目标为使目标函数
Figure FDA0002564414060000035
值最小：
所述目标函数包括火电机组运行成本及风电场弃风惩罚成本两部分，
Figure FDA0002564414060000041
其中：ai、bi、ci为常规火电机组煤耗成本系数，Gcon为传统火电机组集合，Gwind为风电场集合，λj为风电场弃风的惩罚成本系数，pit为火电机组i在时段t的有功出力，ts和Ts分别为优化过程的初始时段及优化时长，
Figure FDA0002564414060000042
为风电场j在时段t的出力计划区间，
Figure FDA0002564414060000043
为风电场j在时段t的预测出力区间。
7.根据权利要求6所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述步骤五中的所述约束条件包括系统频率波动限值约束、发电机出力限值约束、旋转备用约束、输电断面潮流限值约束和火电机组的爬坡率约束。
8.根据权利要求7所述的基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法，其特征在于，所述系统频率波动限值约束、发电机出力限值约束、旋转备用约束、输电断面潮流限值约束和火电机组的爬坡率约束具体为：
①系统频率波动限值约束
Figure FDA0002564414060000044
其中，
Figure FDA0002564414060000045
为允许的系统频率波动安全阈值，
Figure FDA0002564414060000046
为风电出力波动量，Rp为比例和微分控制器的比例系数，N为系统中发电机组的台数，i取值为1到N的整数，表示发电机组中的第i台发电机，Ri为第i台发电机的调速器的速度调节率，T为发电机再热器时间常数，FHP,i为第i台发电机的高压涡轮级功率占汽轮机总功率的比例系数，Γ∈[0,1]为不确定度，代表了系统安全性与经济性的权衡，Γ越大则解越保守，反之亦然，e为自然常数，s.t.在数学公式中表示受到的约束；
②发电机出力限值约束
Figure FDA0002564414060000047
Figure FDA0002564414060000051
Figure FDA0002564414060000052
其中，
Figure FDA0002564414060000053
p i分别为常规火电机组的出力上下限；
③旋转备用约束
Figure FDA0002564414060000054
Figure FDA0002564414060000055
其中，Dt为第t时段的系统负荷需求；
Figure FDA0002564414060000056
分别为火电机组i在第t时段的上、下旋转备用；Gcon及Gwind分别为传统火电机组及风电场集合；
Figure FDA0002564414060000057
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力；
④输电断面潮流限值约束
Figure FDA0002564414060000058
Figure FDA0002564414060000059
其中，
Figure FDA00025644140600000510
为风电场j在时段t的有功出力，pit为火电机组i在时段t的有功出力，kli为火电机组i对断面l的发电分布转移因子，klj为风电机组i对断面l的发电分布转移因子，L为总输电断面个数；
Figure FDA00025644140600000511
TLl 分别为输电断面l的潮流上下限值。
⑤火电机组的爬坡率约束。
pi,t-1-Δpd,iΔT≤pit≤pi,t-1+Δpu,iΔT (26)
其中，Δpu,i、Δpd,i分别为火电机组最大上、下爬坡速度，ΔT为优化步长。
CN201910311972.5A 2019-04-17 2019-04-17 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法 Active CN109980660B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910311972.5A CN109980660B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910311972.5A CN109980660B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109980660A CN109980660A (zh) 2019-07-05
CN109980660B true CN109980660B (zh) 2021-03-02

Family

ID=67085165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910311972.5A Active CN109980660B (zh) 2019-04-17 2019-04-17 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109980660B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110783963B (zh) * 2019-09-19 2021-06-22 广东电网有限责任公司广州供电局 电力系统优化调度方法、装置、计算机设备和存储介质
CN110750882B (zh) * 2019-09-29 2022-09-02 武汉大学 一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法
CN110943481A (zh) * 2019-12-04 2020-03-31 重庆大学 考虑含频率响应控制的风电机组安全域的机组组合方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105870962B (zh) * 2016-03-31 2019-03-12 国家电网公司 一种考虑电力系统频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法
CN106505623B (zh) * 2016-12-06 2019-01-08 河海大学 一种基于转差率反馈的双馈风电机组惯量控制方法
CN108288858B (zh) * 2017-12-18 2022-02-18 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 主被动频率响应切换控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109980660A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Asgharnia et al. Load mitigation of a class of 5-MW wind turbine with RBF neural network based fractional-order PID controller
CN106786677B (zh) 一种互联电力系统分布式动态矩阵频率控制方法
CN103138256B (zh) 一种新能源电力消纳全景分析系统及方法
CN109980660B (zh) 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法
CN110750882B (zh) 一种考虑频率约束的风电占比极限值解析计算方法
CN101860044B (zh) 风电场无功电压的协调控制方法
CN112564127B (zh) 一种光伏并网电力系统频率暂态稳定性分析方法
CN110829487A (zh) 一种电力系统的频率动态预测方法
CN112994013A (zh) 考虑频率约束的多源电力系统日前优化调度方法
CN109449937B (zh) 一种通过系统频率稳定约束确定电网新能源承载力的方法
CN114865701A (zh) 基于自适应模型预测控制的风储联合调频方法
CN112994042A (zh) 考虑风电机组参与电网一次调频的机组组合建模及优化方法
CN112994051B (zh) 一种含可变速机组的海水抽水蓄能电站容量优化配置方法
CN107346889B (zh) 考虑一二次调频及最小频率偏差的负荷削减优化模型构建方法
Sun et al. Measurement method of inertia constant of power system based on large-scale wind power grid connection
CN112085276A (zh) 一种含高渗透率风光发电的电源系统容量配比优化方法
Zhang et al. Research on frequency regulation strategy based on model predictive control for wind-hydro-storage complementary microgrid
Zhang et al. Optimization method of under frequency load shedding schemes for systems with high permeability new energy
CN115207941A (zh) 一种电力系统惯量水平评估方法
Kail et al. Study of automatic generation control in two area power system with DFIG-based wind energy conversion
Rabieyan et al. Small Hydropower Unit Modeling and Identification for Dynamical Studies Considering Governor System
Cao et al. Influence Analysis of Thermal States on Dynamic Frequency Response for Power Systems with High Renewables
CN112186737B (zh) 水电机组在水电-风电互补系统调控中使用寿命评估方法
CN117748628B (zh) 一种面向风电机组输出功率平滑的有功功率优化调度方法
CN113839398B (zh) 一种双馈风机参与电网一次调频的变下垂系数控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant