CN111030137A - 一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置，包括：根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率；本发明以电网的频率变化量和各负荷的舒适度依据，对负荷参与一次调频后的电网频率进行预测，使获得的预测结果更为准确。

Description

一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置

技术领域

本发明涉及电网调度控制技术领域，具体涉及一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置。

背景技术

随着泛在物联网等相关技术的发展，动态需求响应资源发展迅猛，既包括电解铝、电弧炉等工业负荷，也包括空调、冷库、供暖设备等商业、居民负荷，还有储能、电动汽车、具备可调节能力的分布式电源，以及相关资源的集合等。在当前常规电源被大规模替代、系统频率安全风险增加的大环境下，将动态需求响应资源引入到电网调频体系具有重要意义。这类资源聚合潜力巨大且动态特性灵活可控，通过分散响应模式，动态需求响应资源能够主动监测电网频率变化并进行即时或延时响应，能够实现秒级响应，发挥类似于发电机组一次调频的作用且经济成本较低。然而，与发电侧的连续调节方式相比，需求侧资源由于受制于用户的舒适度、设备工艺等原因一般是离散调节方式，因此，动态需求响应资源与常规发电侧资源的调频特性存在较大差异，当动态需求响应资源作为一类新型的调频资源加入现有调频系统后，估计电网受扰动后的动态频率特性时则不可忽略这些负荷聚合特性的影响。

因此，本领域需要一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置，解决现有技术中缺少针对负荷参与一次调频后电网的频率进行预测的问题，

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置，以电网的频率变化量和各负荷的舒适度依据，对负荷参与一次调频后的电网频率进行预测，使获得的预测结果更为准确，解决了现有技术中缺少对负荷参与一次调频后电网的频率进行预测的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法，其改进之处在于，所述方法包括：

根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

优选的，所述根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频，包括：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数。

进一步的，当负荷为空调时，其舒适度为空调的温度值；当负荷为电动汽车时，其舒适度为电动汽车的电量；当负荷为热水器时，其舒适度为热水器的温度值。

优选的，所述获取参与一次调频的负荷的功率响应总量，包括：

按下式确定参与一次调频的负荷的功率响应总量ΔP：

式中，ΔP_m为参与一次调频的第m个负荷的功率响应值，m∈[1,M]，M为参与一次调频的负荷总数。

优选的，所述基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

将所述参与一次调频的负荷的功率响应总量代入负荷参与一次调频的频率响应仿真模型并进行电网频率响应仿真，获取所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值；

对所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值作拉氏反变换，获得负荷参与一次调频后电网的频率变化量；

根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率。

进一步的，按下式确定所述负荷参与一次调频的频率响应仿真模型的传递函数：

式中，Δω(s)为负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值，DR(s)为负荷参与一次调频的传递函数，Gen(s)为发电机组参与一次调频的传递函数，ΔP_L(s)为电网功率缺额量的频域值，s为拉普拉斯算子，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。

进一步的，按下式确定所述负荷参与一次调频的传递函数DR(s)：

式中，ΔP为参与一次调频的负荷的功率响应总量，Δf_N为负荷参与一次调频的最大频率阈值，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_d为预设的电网频率变化量最大值，k_b为调节参数，s为拉普拉斯算子，

ΔP_max为负荷的功率响应总量最大值。

进一步的，所述根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

按下式确定负荷参与一次调频后的电网频率f：

f＝Δf′+50Hz

式中，Δf′为负荷参与一次调频后电网的频率变化量。

基于同一发明构思，本发明还提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测装置，其改进之处在于，所述装置包括：

判断单元，用于根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取单元，用于获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

预测单元，用于基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

优选的，所述判断单元，具体用于：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置，根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率；本发明以电网的频率变化量和各负荷的舒适度依据，对负荷参与一次调频后的电网频率进行预测，使获得的预测结果更为准确，解决了现有技术中缺少对负荷参与一次调频后电网频率进行预测的问题，为负荷参与一次调频后电网频率最低点和稳定点的改善程度的研究提供了方法。

附图说明

图1是本发明负荷参与一次调频的电网频率预测方法流程图；

图2是本发明实施例中负荷参与一次调频的频率响应仿真模型的结构示意图；

图3是本发明实施例中负荷参与一次调频的功率响应量变化图；

图4是本发明现有技术中的频率响应仿真模型的结构示意图；

图5是本发明负荷参与一次调频的电网频率预测装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法，如图1所示，所述方法包括：

根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

为了更加清楚的表明本发明的目的，下面结合具体实施例对本发明的上述方法作进一步的解释。

在本发明的实施例中，上述根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频，包括：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数。

具体的，当负荷为空调时，其舒适度为空调的温度值；当负荷为电动汽车时，其舒适度为电动汽车的电量；当负荷为热水器时，其舒适度为热水器的温度值。

在本发明的实施例中，上述获取参与一次调频的负荷的功率响应总量，包括：

按下式确定参与一次调频的负荷的功率响应总量ΔP：

式中，ΔP_m为参与一次调频的第m个负荷的功率响应值，m∈[1,M]，M为参与一次调频的负荷总数。

在本发明的实施例中，上述基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

将所述参与一次调频的负荷的功率响应总量代入负荷参与一次调频的频率响应仿真模型并进行电网频率响应仿真，获取所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值；

对所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值作拉氏反变换，获得负荷参与一次调频后电网的频率变化量；

根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率。

具体的，按下式确定如图2所示的负荷参与一次调频的频率响应仿真模型的传递函数：

式中，Δω(s)为负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值，DR(s)为负荷参与一次调频的传递函数，Gen(s)为发电机组参与一次调频的传递函数，ΔP_L(s)为电网功率缺额量的频域值，s为拉普拉斯算子，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。

Gen(s)与发电机组类型相关，以再热式汽轮机组为例，其表达式为：

式中，R为等效系统差分系数，F_H表示等效发电机高压再热系数，T_R为再热系数，K为常数。

由于参与一次调频的负荷的功率响应总量ΔP是离散的数值，其导数不连续，因此没有对应的拉氏变换式；其次，参与一次调频的负荷设置有不同的频率阈值，且功率响应总量具有最大值，因此负荷参与一次调频的传递函数DR(s)可分为两个阶段，如图3所示，第一阶段表示随着电网的频率变化量达到不同的频率阈值，相继有需求响应资源(负荷)根据事先设置的阈值投入动作，响应量随频率阈值不同发生离散变化；第二阶段，频率阈值达到最大值后，需求响应资源全部参与一次调频，响应量达到最值且不再发生变化。

传递函数DR(s)整定如下：第一阶段为线性策略，其关键是整定图3斜虚线的斜率k，斜率k确定后，其对应的拉氏变换为

第二阶段是常数项ΔP_max，其对应的拉氏变换可直接确定为

斜率k的确定方法如下：

基于如图4所示的频率响应模型和已知的电网功率缺额量，进行电网频率仿真后获得电网的最大频率变化量Δf_d；

斜率k可近似用参与一次调频负荷的最大功率响应量与Δf_d标幺化的比值表示，，考虑到负荷的调节特性，在实际中是根据阈值分散投入动作的，因此需对前述表示进行修正，并按下式确定斜率k：

具体的，按下式确定所述负荷参与一次调频的传递函数DR(s)：

式中，ΔP为参与一次调频的负荷的功率响应总量，Δf_N为负荷参与一次调频的最大频率阈值，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_d为预设的电网频率变化量最大值，k_b为调节参数，s为拉普拉斯算子，

ΔP_max为负荷的功率响应总量最大值。

具体的，上述根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

按下式确定负荷参与一次调频后的电网频率f：

f＝Δf′+50Hz

式中，Δf′为负荷参与一次调频后电网的频率变化量。

基于同一发明构思，本发明还提供一种负荷参与一次调频的电网频率预测装置，如图5所示，所述装置包括：

判断单元，用于根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取单元，用于获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

预测单元，用于基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

优选的，所述判断单元具体用于：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数。

进一步的，当负荷为空调时，其舒适度为空调的温度值；当负荷为电动汽车时，其舒适度为电动汽车的电量；当负荷为热水器时，其舒适度为热水器的温度值。

优选的，所述获取单元具体用于：

按下式确定参与一次调频的负荷的功率响应总量ΔP：

式中，ΔP_m为参与一次调频的第m个负荷的功率响应值，m∈[1,M]，M为参与一次调频的负荷总数。

优选的，所述预测单元具体用于：

将所述参与一次调频的负荷的功率响应总量代入负荷参与一次调频的频率响应仿真模型并进行电网频率响应仿真，获取所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值；

对所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值作拉氏反变换，获得负荷参与一次调频后电网的频率变化量；

根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率。

进一步的，按下式确定所述负荷参与一次调频的频率响应仿真模型的传递函数：

式中，Δω(s)为负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值，DR(s)为负荷参与一次调频的传递函数，Gen(s)为发电机组参与一次调频的传递函数，ΔP_L(s)为电网功率缺额量的频域值，s为拉普拉斯算子，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。

进一步的，按下式确定所述负荷参与一次调频的传递函数DR(s)：

式中，ΔP为参与一次调频的负荷的功率响应总量，Δf_N为负荷参与一次调频的最大频率阈值，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_d为预设的电网频率变化量最大值，k_b为调节参数，s为拉普拉斯算子，

ΔP_max为负荷的功率响应总量最大值。

进一步的，所述根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

按下式确定负荷参与一次调频后的电网频率f：

f＝Δf′+50Hz

式中，Δf′为负荷参与一次调频后电网的频率变化量。

综上所述，本发明提供的一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法及装置，根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率；本发明以电网的频率变化量和各负荷的舒适度依据，对负荷参与一次调频后的电网频率进行预测，使获得的预测结果更为准确，解决了现有技术中缺少对负荷参与一次调频后电网频率进行预测的问题，为负荷参与一次调频后电网频率最低点和稳定点的改善程度的研究提供了方法。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负荷参与一次调频的电网频率预测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频，包括：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当负荷为空调时，其舒适度为空调的温度值；当负荷为电动汽车时，其舒适度为电动汽车的电量；当负荷为热水器时，其舒适度为热水器的温度值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取参与一次调频的负荷的功率响应总量，包括：

按下式确定参与一次调频的负荷的功率响应总量ΔP：

式中，ΔP_m为参与一次调频的第m个负荷的功率响应值，m∈[1,M]，M为参与一次调频的负荷总数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

将所述参与一次调频的负荷的功率响应总量代入负荷参与一次调频的频率响应仿真模型并进行电网频率响应仿真，获取所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值；

对所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值作拉氏反变换，获得负荷参与一次调频后电网的频率变化量；

根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，按下式确定所述负荷参与一次调频的频率响应仿真模型的传递函数：

式中，Δω(s)为负荷参与一次调频后电网的频率变化量的频域值，DR(s)为负荷参与一次调频的传递函数，Gen(s)为发电机组参与一次调频的传递函数，ΔP_L(s)为电网功率缺额量的频域值，s为拉普拉斯算子，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，按下式确定所述负荷参与一次调频的传递函数DR(s)：

式中，ΔP为参与一次调频的负荷的功率响应总量，Δf_N为负荷参与一次调频的最大频率阈值，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_d为预设的电网频率变化量最大值，k_b为调节参数，s为拉普拉斯算子，

ΔP_max为负荷的功率响应总量最大值。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述负荷参与一次调频后电网的频率变化量确定负荷参与一次调频后的电网频率，包括：

按下式确定负荷参与一次调频后的电网频率f：

f＝Δf′+50Hz

式中，Δf′为负荷参与一次调频后电网的频率变化量。

9.一种负荷参与一次调频的电网频率预测装置，其特征在于，所述装置包括：

判断单元，用于根据负荷参与一次调频前电网的频率变化量和各负荷的舒适度判断各负荷是否参与一次调频；

获取单元，用于获取参与一次调频的负荷的功率响应总量；

预测单元，用于基于参与一次调频的负荷的功率响应总量进行电网频率响应仿真，获取负荷参与一次调频后的电网频率。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述判断单元，具体用于：

若|Δf|≥|Δf_i|且I_i∈Z_i，则第i个负荷参与一次调频，否则第i个负荷不参与一次调频；

其中，Δf为负荷参与一次调频前电网的频率变化量，Δf_i为第i个负荷参与一次调频的频率阈值，I_i为第i个负荷的舒适度，Z_i为第i个负荷的舒适度区间，i∈[1,N]，N为负荷总数。

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