CN110311389A - 适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，包括将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量；根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配；将各机组分配的调节量下发给各机组。同时也公开了相应的系统。本发明解决了现有方法中存在调频容量小、水电运行灵活度差、调节方法落后、调节范围碎片化和安全风险大的问题。

Description

适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法及系统，属于电力系统技术领域。

背景技术

随着新能源场站的大规模并网，电网电力波动特性愈加显著，电网在保证安全稳定运行的前提下，尽最大能力消纳新能源，需要机组配合新能源快速增减，电网频率稳定性难以保证，同时，随着特高压外送直流工程的大量投产，直流大功率闭锁(相继闭锁)将对电网频率安全造成严重威胁。基于大电网频率安全面临的问题和风险，亟需进行大电网频率控制模式优化升级，提升电网频率安全风险防控水平及新能源消纳能力。

当前，电网的频率控制，是采用以梯级水电某一直调水电厂为第一调频厂，其它直调水电厂和AGC投频率调节模式的火电机组担任第二调频厂的模式，一般第一调频厂负责电网频率的调整。该控制模式存在几方面问题。一是调频容量小，目前单一水电厂的装机容量已经难以满足电网频率控制的需要和新能源消纳的要求，急需扩充调频容量，提高调节能力。二是水电运行灵活度差，水电厂需满足梯级水电的运行约束，即保证每个水电厂的出库流量在合理范围内，此时单一调频厂的负荷调节范围受到限制，不能很好地发挥调频作用。三是调节方法落后，水电调频仍然为手动调节模式，即第一调频厂现场运行人员根据频率实时调整，其余水电厂按照调度指令调节出力，此模式造成了频率调整的滞后，使电网频率波动常常超过50±0.033Hz，部分时段甚至超过50±0.05Hz，导致全网水、火电一次调频资源无谓浪费的同时，频率常常处于高频或低频状态，安全隐患较大；同时其余水电厂常运行于固定负荷点，不能及时跟随新能源波动进行配合调节，影响新能源消纳。四是调节范围碎片化，由于水电机组投运较早，单机的不稳定工况区平均达到装机容量的50％，且处于中间地带，而机组若运行于不稳定工况区，则会造成机组振动过大，引发安全风险，因此水电机组无法进行全范围的平滑调节，且稳定运行区间狭小，影响了机组调节能力的正常发挥。五是单一调频厂安全风险大，第一调频厂存在两台机组共用一台主变的情况，电网晚高峰期间，可能发生第一调频厂共用一台主变的两机组满功率运行情况，若此时主变故障，全网损失140万千瓦出力，且第一调频厂调节能力大幅减少，对频率安全造成严重威胁。

发明内容

本发明提供了一种适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法及系统，解决了现有方法中存在调频容量小、水电运行灵活度差、调节方法落后、调节范围碎片化和安全风险大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，包括，

将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量；

根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配；

将各机组分配的调节量下发给各机组。

将调节裕度从大到小进行排序，选择前N个调节裕度对应的机组承担总调节量；其中，N台机组的调节裕度之和不小于总调节量，N-1台机组的调节裕度之和小于总调节量。

调节裕度大的机组调节优先级高，前N-1个机组的调节量等于其调节裕度，第N个机组的调节量＝总调节量-前N-1个机组调节裕度之和。

分配到调节量的机组先进行安全校核；若安全校核没有通过，则重新分配总调节量直到安全校核通过；若安全校核通过，则进行电量完成率校核和水位校核，若电量完成率校核和/或水位校核未通过，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，进行安全校核。

电量完成率校核过程为，

计算各水电厂的实际发电量和日计划发电量的比率，若水电厂之间的电量完成率超过预设范围，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量；

调整机组的调节优先级：在电网低频加出力时，优先增加电量完成率低的机组出力，在电网高频减出力时，优先调减电量完成率高的机组出力。

水位校核过程为，

当参与调节的水电厂A水位与水位限值的差值小于等于阈值时，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，并保证调整后，水电厂A出库流量大于上游水电厂t时间段前的出库流量，t时间段为水流由上游水电厂至水电厂A需要的时间；

调整机组的调节优先级：在电网低频加出力时，优先提升水电厂A机组出力，在电网高频减出力时，优先调减其上游水电厂机组出力。

当电量完成率校核和水位校核均未通过，若电量完成率校核后的重新分配结果与水位校核后的重新分配结果不一致，以水位校核的分配结果为准。

若机组出力叠加分配的调节量需跨越不稳定工况区，增大机组调节步长，一次性跨越不稳定工况区。

若某台机组无法执行出力调节，将此机组调节量分配至其余未分配到调节量的机组。

适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰系统，包括，

总调节量计算模块：将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量；

总调节量分配模块：根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配；

调节量下发模块：将各机组分配的调节量下发给各机组。

本发明所达到的有益效果：本发明利用梯级水电厂机组群组成“虚拟调频厂”，共同承担了调频、调峰、消纳新能源的任务，在大幅提升电网调频容量和速度的同时，减少了水电资源的消耗；梯级水电厂机组调用策略，考虑了每个水电厂的出库流量及合理范围，在“虚拟调频厂”范围内进行优化决策，规避了单一调频厂的负荷调节范围限制，提升了水电运行的灵活度；通过梯级水电联合自动调频方式替代人工调频及指定调频厂的电网调度模式，提高了电网调度的自动化水平，大大解放了调度员的生产力；采用机组间不等负荷分配方法，将总目标分解至各机组，在实现“虚拟调频厂”全范围平滑调节的同时，规避了水电机组不稳定工况运行的情况，提升了机组运行安全性；集群化的协作模式使得电网频率质量提高的同时，也通过不稳定工况的规避与主动跨越实现了梯级水电厂全范围的平滑调节，解决了水电厂调节的碎片化问题。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为26日上午手工调频数据图；

图3为30日下午手工调频数据图；

图4为27日上午联合调频数据图；

图5为28日下午联合调频数据图。

具体实施方式

下面结合附图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，在实施本发明的梯级水电联合调频调峰方法之前，先对实施条件进行判断，即先对梯级水电厂AGC功能、测频点数据(具体为频率)和调备用情况进行检查，若梯级水电厂AGC功能异常、测频点数据异常或者上、下备用小于100万千瓦，则不实施本发明的梯级水电联合调频调峰方法，否则实施条件满足。

适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将电网频率偏差转化为ACE(区域控制偏差Area Control Error)，然后通过滤波环节及PID控制器运算得到所需的总调节量(具体运算过程为现有技术，这里不详细描述了)。

步骤2，根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配。

将调节裕度从大到小进行排序，选择前N个调节裕度对应的机组承担总调节量。其中，N台机组的调节裕度之和不小于总调节量，N-1台机组的调节裕度之和小于总调节量。

调节裕度大的机组调节优先级高，前N-1个机组的调节量等于其调节裕度，第N个机组的调节量＝总调节量-前N-1个机组调节裕度之和。

例如：某一时刻总调节量为a，联合调频区内共5台机组，#1～5机组调节裕度分别为b1＞b2＞b3＞b4＞b5，若a＜b1，则由#1机组全部承担调节量，若 b1＜a＜b1+b2，则由#1和#2机组共同调节，其中#1机组调整量为b1，#2机组调整量为a-b1。

步骤3，检查选中的某台机组是否具备执行指令出力调节的能力，若不具备，则将此机组调节量分配至其余未分配到调节量的机组，转至步骤2；反之则进入步骤4。

例如：若#2机组存在跟踪不响应的情况，则将其调节量a-b1继续按调节裕度进行分配，直至总调节量a全部分配完成。

步骤4，分配到调节量的机组先进行安全校核；若安全校核没有通过，则重新分配总调节量直到安全校核通过；若安全校核通过，则转至步骤5。

安全校核是指当电网出现方式改变、设备检修或故障时，临时赋予的机组出力上下限边界条件。

步骤5，进行电量完成率校核和水位校核，若电量完成率校核和水位校核均通过，则转至步骤6，否则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，转至步骤4。

电量完成率校核过程：计算各水电厂的实际发电量和日计划发电量的比率，若水电厂之间的电量完成率超过预设范围，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量；调整机组的调节优先级：在电网低频(电网频率低于49.98Hz)加出力时，优先增加电量完成率低的机组出力，在电网高频(电网频率高于 50.02Hz)减出力时，优先调减电量完成率高的机组出力。

电量完成率校核是间隔进行的，一般每隔15分种进行校核一次，计算各水电厂的实际发电量和日计划发电量的比例，若水电厂之间的电量完成率超过中位数的±5％范围时，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，否则电量完成率校核通过。

电量完成率校核周期15分种一次，若有新交易生成或存在联络线修改情况，还应按水调所给的水电发电量等比例进行叠加，生成新的计划电量。

水位校核过程：当参与调节的水电厂A水位与水位限值的差值小于等于阈值时，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，并保证调整后，水电厂A 出库流量大于上游水电厂t时间段前的出库流量，t时间段为水流由上游水电厂至水电厂A需要的时间；调整机组的调节优先级：在电网低频加出力时，优先提升水电厂A机组出力，在电网高频减出力时，优先调减其上游水电厂机组出力。

水位校核是间隔进行的，一般每隔30分种进行校核一次，当参与调节的水电厂A水位与水位限值的差值小于等于0.02米时，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量。

当电量完成率校核和水位校核均未通过，若电量完成率校核后的重新分配结果与水位校核后的重新分配结果不一致，以水位校核的分配结果为准。

当梯级水电厂A水位已经越限，具体策略如下：

(1)水位控制模式按照循迹上级对应流量区间时刻方式，定义流量区间时段为t0，通过A站t1时刻出库流量大于上级(t1-t0)时刻出库流量方式控制水位，扫描周期15分钟，其中大于具体量值按照A站水位下降速率进行量化，具体为：

A站t1时刻应调节出力×A站耗水率—A站上级(t1-t0)时刻出力×A站上级耗水率＝水位下降速率×A站对应库容曲线斜率；

由此公式计算得到A站t1时刻应调节出力；

(2)A站水位已经越限时，退出正常调节模式，其中退出前，需进行其余调频水电厂调节容量校核，校核门槛为±50万千瓦，若不满足，给出告警，提示调度员开机(上不足)或调整方式(下不足))参与水位控制；当频率偏差超过±0.1Hz、进入紧急区段时，恢复正常调频；

(3)当一个以上水电厂发生水位越限时，发出告警并切换至调令调频模式：将所有参与联合调频的机组退出AGC控制模式，并汇报水电厂上下调节裕度；各水电厂接收到AGC退出告警，并维持当前出力不变，由调度员对各水电厂下调令进行手动调频。

步骤6，机组不稳定工况区规避与主动跨越处理。

若机组出力叠加分配的调节量需跨越不稳定工况区，增大机组调节步长，一次性跨越不稳定工况区，减少机组不稳定运行时间。

步骤7，将各机组分配的调节量下发给各机组。

上述方法分配调节量所遵循的原则包括以下方面：

1)、遵循梯级水电厂中长期综合用水原则，包括汛期、灌溉期、防凌期的梯级水电厂出库流量控制原则；

2)、遵循梯级水电群总出力上下备用满足电网安全限值原则；

3)、遵循电网在设备检修、故障或新能源大发时段的单厂出力控制原则；

4)、遵循梯级水电机组群利用最少水电资源实现电网调峰调频效果原则；

5)、遵循合理分配指令，避免单一机组频繁多次调节原则；

6)、遵循根据机组调节裕度大小合理安排调节顺序原则。

为验证上述方法的效果，进行以下实验。

黄河从上游至下游依次包括龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、积石峡；某日，龙羊峡上水位2594m，水位2573.5m，下水位2530m，昨日入库203.1m3/s，昨日出库520.23m3/s；拉西瓦上水位2452m，水位2179.7m，下水位2450.5m，昨日入库520.03m3/s，昨日出库513.32m3/s；李家峡上水位2180.8m，水位 2179.7m，下水位2178m，昨日入库542.39m3/s，昨日出库502.92m3/s；公伯峡上水位2005m，水位2004.4m，下水位2003m，昨日入库506.23m3/s，昨日出库 485.61m3/s；积石峡上水位1851.7m，水位1851.6m，下水位1849.5m，昨日入库509.21m3/s，昨日出库394.63m3/s。

表1和表2分别为机组单机振动区分布图和机组组合振动区分布表；参阅图3～5所示，通过两天手动调频和两天联合调频，可以看出本发明联合调频调峰方法效果明显。

表1机组单机振动区分布图

表2机组组合振动区分布表

综上，上述方法利用梯级水电厂机组群组成“虚拟调频厂”，共同承担了调频、调峰、消纳新能源的任务，在大幅提升电网调频容量和速度的同时，减少了水电资源的消耗；梯级水电厂机组调用策略，考虑了每个水电厂的出库流量及合理范围，在“虚拟调频厂”范围内进行优化决策，规避了单一调频厂的负荷调节范围限制，提升了水电运行的灵活度；通过梯级水电联合自动调频方式替代人工调频及指定调频厂的电网调度模式，提高了电网调度的自动化水平，大大解放了调度员的生产力；采用机组间不等负荷分配方法，将总目标分解至各机组，在实现“虚拟调频厂”全范围平滑调节的同时，规避了水电机组不稳定工况运行的情况，提升了机组运行安全性；集群化的协作模式使得电网频率质量提高的同时，也通过不稳定工况的规避与主动跨越实现了梯级水电厂全范围的平滑调节，解决了水电厂调节的碎片化问题。

适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰系统，包括，

总调节量计算模块：将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量。

总调节量分配模块：根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配。

调节量下发模块：将各机组分配的调节量下发给各机组。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法的指令。

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 (10)

1.适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：包括，

将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量；

根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配；

将各机组分配的调节量下发给各机组。

2.根据权利要求1所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：将调节裕度从大到小进行排序，选择前N个调节裕度对应的机组承担总调节量；其中，N台机组的调节裕度之和不小于总调节量，N-1台机组的调节裕度之和小于总调节量。

3.根据权利要求2所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：调节裕度大的机组调节优先级高，前N-1个机组的调节量等于其调节裕度，第N个机组的调节量＝总调节量-前N-1个机组调节裕度之和。

4.根据权利要求1所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：分配到调节量的机组先进行安全校核；若安全校核没有通过，则重新分配总调节量直到安全校核通过；若安全校核通过，则进行电量完成率校核和水位校核，若电量完成率校核和/或水位校核未通过，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，进行安全校核。

5.根据权利要求4所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：电量完成率校核过程为，

计算各水电厂的实际发电量和日计划发电量的比率，若水电厂之间的电量完成率超过预设范围，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量；

调整机组的调节优先级：在电网低频加出力时，优先增加电量完成率低的机组出力，在电网高频减出力时，优先调减电量完成率高的机组出力。

6.根据权利要求4所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：水位校核过程为，

当参与调节的水电厂A水位与水位限值的差值小于等于阈值时，则调整机组的调节优先级，重新分配总调节量，并保证调整后，水电厂A出库流量大于上游水电厂t时间段前的出库流量，t时间段为水流由上游水电厂至水电厂A需要的时间；

调整机组的调节优先级：在电网低频加出力时，优先提升水电厂A机组出力，在电网高频减出力时，优先调减其上游水电厂机组出力。

7.根据权利要求4所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：当电量完成率校核和水位校核均未通过，若电量完成率校核后的重新分配结果与水位校核后的重新分配结果不一致，以水位校核的分配结果为准。

8.根据权利要求1所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：若机组出力叠加分配的调节量需跨越不稳定工况区，增大机组调节步长，一次性跨越不稳定工况区。

9.根据权利要求1所述的适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰方法，其特征在于：若某台机组无法执行出力调节，将此机组调节量分配至其余未分配到调节量的机组。

10.适用于新能源消纳的梯级水电联合调频调峰系统，其特征在于：包括，

总调节量计算模块：将电网频率偏差转化为ACE，得到所需的总调节量；

总调节量分配模块：根据梯级水电厂各机组的调节裕度，对总调节量进行分配；

调节量下发模块：将各机组分配的调节量下发给各机组。