CN111682558A - 一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，该方法包括：将常规发电机组改造成恒励磁发电机组；将背靠背变流器与恒励磁发电机组和高压输电网连通连接；获得联络线功率差额ΔP_Line；将ΔP_Line经过PI调节后作为功率差额控制量ΔP并按比例分配，通过将常规发电机组或恒励磁发电机组功率差额控制量ΔP₁叠加在该汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref来增加电机组的有功功率。同时，将ΔP_Line作为恒励磁发电机组的虚拟惯量控制策略的输入信号，当厂内受到阶跃扰动时，恒励磁机组通过瞬间释放转子动能或者迅速吸收厂内富裕功率，快速弥补联络线功率差额，从而控制所述联络线功率的恒定。本发明方法简单，充分利用了自备电厂内部现有机组，提高了能源利用率。

Description

一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法

技术领域

本发明属于并网联络线功率控制技术领域领域，特别是涉及一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法。

背景技术

近年来，许多企业响应国家“余电上网”的政策自备电厂，来降低企业运行成本和增加企业收益。随着企业自备电厂并入电网的规模逐渐增大，自备电厂内部的功率随时会存在大幅度、高频率的波动，这些原因引起联络线路功率波动或振荡现象等问题尤为突出。因此，保证联络线功率的快速、恒定控制是自备电厂满足电网调度要求、向电网传送高质量电能的主要技术手段。

一方面，目前对于并网联络线功率的控制研究主要针对光伏发电、风力发电等系统以及石化、钢铁等大型企业电厂，其功率控制的方法也主要利用储能补偿策略。储能补偿策略主要是通过在企业内部能够建立具有较多的储能装置，当短时甚至是长期负荷波动再次出现时，这些储能装置便可以立刻补偿由于负荷波动引起的并网联络线功率缺额。储能形式主要分为电磁储能与物理储能，其中电磁储能是指将能量以磁场能量的形式进行储存，待使用时将磁场能量转化成电能输出，可有效抑制联络线有功功率波动，但该方法工程应用造价昂贵，运行维护费用偏高。而物理储能中应用较广的主要是飞轮储能，飞轮储能系统主要通过参考功率的变化实现电机充放电运行状态的转化，通过对变流器的控制实现电网与该储能系统的能量交换，从而有效降低风电场的有功输出波动，且飞轮储能装置几乎不需要维护、使用寿命长，但飞轮储能装置目前仅适用于风电场中，可快速补偿风电随机性给电网带来的功率不平衡，提高风常规发电机组的输出电能质量。

另一方面，目前大部分企业自备电厂并未设置储能装置，仍旧依靠常规火常规发电机组的固有特性调节频率和功率。常规火常规发电机组通过调节系统频率调节功率变化主要通过惯量响应、一次调频以及二次调频等手段，惯量响应典型作用时间为故障后的0-15s内；一次调频典型作用时间为故障后15-60s内；二次调频主要是维持系统发电与负荷之间的平衡，直至系统频率恢复设定值，整个调节过程至少持续20s，因此常规火常规发电机组无法在系统功率变化瞬间做出相应响应。

然而，现有自备电厂并网联络线功率恒定控制的技术中，中国专利CN110401217A说明书中公开提供一种基于中央控制器的并网型微电网联络线恒功率控制方法。该方法提出双模块功率优化控制，采用无差闭环控制，快速精确跟踪联络线功率设定值，满足电网调度的要求；同时可以预先根据储能系统及光伏系统判断所述功率调整对象，保证储能及光伏能完全响应功率调整需求。但也因需要先预测功率后做出调整，存在可靠性有待提高、响应速度较慢等问题，该方法仅适用于配置储能、光伏或虚拟储能的系统，无法适用在没有储能装置的自备电厂中。文献“负荷波动下小型变速水力发常规发电机组功率响应调节研究”中提出将变速恒频发电技术应用于小水常规发电机组，有效地改善小型水常规发电机组运行条件，保持较宽高效率区运行。文献论证了技术可行性，但针对将火力常规发电机组改为变速恒频机组的技术还很少研究，且利用主动变速功能来控制并网联络线功率的方法还未进行工业验证。文献“风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制”中提出在风常规发电机组中加入虚拟惯量综合控制方法，有效增加了系统等效转动惯量，并通过仿真验证了虚拟惯量控制策略对频率动态特性的改善作用。但风力机组的虚拟惯量控制策略采用频率变化量作为输入信号来调节系统频率的变化，其它参数作为虚拟惯量的输入信号方法还未证实。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法。其中，该方案将容量较小的同步常规发电机组拟作为恒励磁电机组，并通过背靠背变流器与高压输电网并联运行，实现变速恒频控制。此外，将风常规发电机组的虚拟惯量控制策略移植到恒励磁电机组中，并将联络线功率偏差信号作为变速恒频机组的虚拟惯量控制策略的输入信号，实现联络线功率的快速控制。

为实现上述目的，本发明第一方面，提供一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，所述方法包括：

提供N台常规发电机组，将其中至少一台常规发电机组输入恒定励磁参数改造成恒励磁发电机组；所述常规发电机组和恒励磁发电机组均包括汽轮机；

提供背靠背变流器，将其与改造成的恒励磁发电机组连接，并与高压输电网连通；其中，所述背靠背变流器包括网侧变流器、机侧变流器和虚拟惯量控制模块；所述虚拟惯量控制模块包括PI调节器；

采集当前联络线功率P_Line和给定的功率调度指令值P_Lref，通过计算获得当前联络线功率差额ΔP_Line；其中，所述联络线功率差额ΔP_Line＝|P_Line-P_Lref|；

将所述联络线功率差额ΔP_Line输出至所述PI调节器，经过PI调节后作为功率差额控制量ΔP，如下式(Ⅰ)将所述功率差额控制量ΔP按比例分配至所述常规发电机组以及恒励磁发电机组中：

ΔP＝K₁ΔP₁+K₂ΔP₂……+K_NΔP_N (Ⅰ)，

其中，K₁、K₂……K_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的比例分配系数，ΔP₁、ΔP₂……ΔP_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的功率差额控制量；

采集第一常规发电机组或恒励磁发电机组当前实际输出功率P_g、输入功率指令值P_gref和功率差额控制量ΔP₁，如下式(Ⅱ)将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述第一常规发电机组或恒励磁发电机组的汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述第一常规发电机组或恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率的恒定：

P_ref＝P_gref+ΔP₁-P_g (Ⅱ)。

进一步地，所述方法还包括：

采集当前联络线功率的变化值ΔP_L；其中，ΔP_L＝ΔP_Line×K，K为增益系数；

将所述功率变化值ΔP_L输入至所述虚拟惯量控制模块，并运行虚拟惯量控制策略，通过弥补联络线产生的功率差额，从而控制所述联络线功率的恒定；

所述虚拟惯量控制策略退出运行时，所述汽轮机调速器阀门开度增加，将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述恒励磁发电机组的汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率恒定。

进一步地，述虚拟惯量控制模块还包括死区控制模块、max模块和switch选择模块；所述虚拟惯量控制策略的方法进一步地包括：

将所述功率变化值ΔP_L输入至死区控制模块，如果所述功率变化值ΔP_L超过预设功率变化阈值，将ΔP_L输入至max模块；

max模块采集所述功率变化值ΔP_L的最大值ΔP_L-max，并以ΔP_L-max执行虚拟惯量控制策略；

通过下式(Ⅲ)计算所述有功功率参考值ΔP_v：

其中，K_P为虚拟惯量比例系数，K_D为虚拟惯量微分系数，ΔP_L-max为功率变化值的最大值；

第一switch选择模块启动转速保护策略；其中，所述第一switch选择模块设置所述恒励磁电机组的转速标幺值范围；如果所述恒励磁机组的测量转速ω未超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；如果所述恒励磁机组的测量转速ω超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行；

第二switch选择模块启动功率保护策略；其中，所述第二switch选择模块设置联络线功率差额变化阈值；如果所述联络线功率差额ΔP_Line超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续运行虚拟惯量控制策略；如果所述联络线功率差额ΔP_Line未超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行。

进一步地，所述功率变化阈值≤0.005。

进一步地，所述转速标幺值范围为0.95～1.07；所述转速保护策略进一步地包括：

如果0.95＜ω＜1.07，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；

如果ω≤0.95或者ω≥1.07，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行。

进一步地，所述联络线功率差额变化阈值为0.05；所述功率保护策略包括：

如果ΔP_Line≥0.05，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续进行虚拟惯量控制策略；

如果ΔP_Line＜0.05，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行。

进一步地，所述方法还包括：

所述网侧变流器确定所述高压输电网的电流参考值参数：d轴电流参考值i_gd ^*和q轴电流参考值i_gq ^*；再通过采集所述高压输电网的三相电流获取所述高压输电网的电流实际值参数：d轴电流实际值i_gd和q轴电流实际值i_gq；

将所述高压输电网的电流参考值参数与电流实际值参数进行比较，误差输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至网侧变流器的PWM调制模块。

所述机侧变流器确定所述恒励磁发电机组的电流参考值参数：q轴电流参考值i_sq ^*，d轴电流参考值i_sd ^*；再通过采集所述恒励磁发电机组的三相电流获取所述恒励磁发电机组的电流实际值参数：q轴电流实际值i_sq，d轴电流实际值i_sd；

将所述恒励磁电机组的电流参考值参数与电流实际值参数进行比较，误差输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至机侧变流器的PWM调制模块。

进一步地，所述方法包括：

将所述网侧变流器的直流母线电压参考值u_dc ^*和反馈测量电压u_dc进行比较，误差输出至所述PI调节器，得到所述网侧变流器的d轴电流参考值i_gd ^*；将其与电网侧通过坐标变换得到的电流测量值igd进行比较，经过PI调节后再输出至网侧变流器的PWM调制模块；同时将所述网侧变流器的q轴电流实际值i_gq ^*设置为0。

进一步地，所述方法包括：

将所述恒励磁机组虚拟惯量模块产生的电磁转矩Te输入至机侧变流器，将Te乘上一个磁链系数，得到机侧变流器控制策略中的q轴电流参考值isq*，将其与恒励磁电机组定子端通过坐标变换得到的电流测量值isq进行比较，误差输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至机侧变流器的PWM调制模块。同时将所述机侧变流器的d轴电流参考值i_sd ^*设置为0。

本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机主程序被执行时可实现如上述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明公开了一种自备电厂并网联络线功率快速恒定控制的方法，该方法利用自备电厂内部淘汰或者闲置的部分容量较小的机组，将其作为恒励磁发电机组，并通过背靠背变流器与高压输电网并联运行，实现变速恒频控制。当自备电厂内部产生阶跃扰动时，利用机组的主动变速功能，通过增加转速，迅速吸收厂内富余功率；减小转速，快速释放转子储存的动能，弥补功率缺额，在短时间内快速控制联络线功率变化。同时，本发明方法简单，充分利用了电厂内部现有机组设备，避免投入更多电力设备，提高了能源利用率，本发明主要针对企业自备电厂并网联络线功率的控制。

附图说明

图1为本发明实现的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法流程图；

图2为本发明实施例1实现的自备电厂并网电路模型的结构图；

图3为本发明实施例1实现的背靠背变流器分别与恒励磁电机组、高压输电网连接的结构图；

图4为本发明实施例1实现的背靠背变流器的结构图；

图5为本发明实施例1实现的将信号输入至网侧变流器控制策略的结构图；

图6为本发明实施例1实现的将信号输入至机侧变流器控制策略的结构图；

图7为本发明实施例1实现的虚拟惯量控制模块的部分结构图；

图8为本发明实施例1实现的汽轮机的有功功率参考输入指令值叠加控制的结构图；

图9为本发明对比例1和实施例1进行仿真测试1的联络线功率随时间变化曲线图；

图10为本发明对比例1和实施例1进行仿真测试2的联络线功率随时间变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。

如图1所示，本发明提供一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，该方法包括两条并行的调整控制流程，具体流程如下：

步骤1：提供N台常规发电机组，将其中至少一台常规发电机组输入恒定励磁参数改造成恒励磁发电机组；所述常规发电机组和恒励磁发电机组均包括汽轮机；提供背靠背变流器，将其与所述常规发电机组以及恒励磁发电机组连接，并与高压输电网连通；其中，所述背靠背变流器包括网侧变流器、机侧变流器和虚拟惯量控制模块；所述虚拟惯量控制模块包括PI调节器和PWM调制模块；

步骤2：利用MATLAB/Simulink软件中的VI测量模块，采集当前联络线功率P_Line和功率调度指令值P_Lref，通过计算获得当前联络线功率差额ΔP_Line；其中，所述联络线功率差额ΔP_Line＝|P_Line-P_Lref|；随后分为括两条并行的调整控制流程线，具体如下：

<调整控制流程线A>

步骤3A：将所述联络线功率差额ΔP_Line输出至所述PI调节器，经过PI调节后作为功率差额控制量ΔP，如下式(Ⅰ)将所述功率差额控制量ΔP按比例分配至N台所述常规发电机组以及恒励磁电机组中：

ΔP＝K₁ΔP₁+K₂ΔP₂……+K_NΔP_N (Ⅰ)，

其中，K₁、K₂……K_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的比例分配系数，ΔP₁、ΔP₂……ΔP_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的功率差额控制量；

步骤4A：通过常规发电机组以及恒励磁电机组运行时，采集第一常规发电机组或恒励磁发电机组当前实际输出功率P_g、输入功率指令值P_gref和功率差额控制量ΔP₁，如下式(Ⅱ)将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述第一常规发电机组或恒励磁发电机组汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述第一恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率恒定：

P_ref＝P_gref+ΔP₁-P_g (Ⅱ)。

<调整控制流程线B>

步骤3B：在虚拟惯量控制模块中设置虚拟惯量控制策略，此处虚拟惯量控制策略的输入信号不采用频率变化值，而是采用联络线功率的变化值ΔP_L；其中，所述功率变化值ΔP_L等效为ΔP_L＝ΔP_Line×K，K为增益系数；

步骤4B：将所述功率变化值ΔP_L进行虚拟惯量控制策略。

进一步地，所述虚拟惯量控制模块还包括死区控制模块、max模块采集和switch选择模块；所述虚拟惯量控制策略包括：

步骤4B-1：将所述功率变化值ΔP_L输入至死区控制模块，如果所述功率变化值ΔP_L超过预设功率变化阈值，将ΔP_L输入至max模块；

进一步地，所述功率变化阈值≤0.005；

步骤4B-2：max模块采集所述功率变化值ΔP_L的最大值ΔP_L-max，并以ΔP_L-max执行虚拟惯量控制策略；

步骤4B-3：通过下式(Ⅲ)计算所述恒励磁发电机组的虚拟惯量模块，在传统发电机组控制基础上附加了有功功率参考值ΔP_v：实现对传统同步发电机组的一次调频特性以及惯性响应特性的模拟，

其中，K_P为虚拟惯量比例系数，K_D为虚拟惯量微分系数，ΔP_L-max为功率变化值的最大值；

步骤4B-4：第一switch选择模块启动转速保护策略；其中，所述第一switch选择模块设置所述恒励磁电机组的转速标幺值范围；如果所述机侧变流器的恒励磁机组的测量转速ω未超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；如果所述机侧变流器的恒励磁机组的测量转速ω超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行；

进一步地，所述转速标幺值范围为0.95～1.07；所述转速保护策略包括：

如果0.95＜ω＜1.07，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；

如果ω≤0.95或者ω≥1.07，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行。

步骤4B-5：第二switch选择模块启动功率保护策略；其中，所述第二switch选择模块设置联络线功率差额变化阈值；如果所述联络线功率差额ΔP_Line超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续运行虚拟惯量控制策略；如果所述联络线功率差额ΔP_Line未超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行；

进一步地，所述联络线功率差额变化阈值为0.05；所述功率保护策略包括：

如果ΔP_Line≥0.05，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续运行虚拟惯量控制策略；

如果ΔP_Line＜0.05，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行；

步骤5B：当虚拟惯量控制策略退出运行时，所述汽轮机调速器阀门开度增加，将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述恒励磁发电机组的汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率恒定。

本发明中，搭建自备电厂内部电网与高压输电网运行的仿真模型，基于该模型，做厂内负荷阶跃扰动下的线路恒功率控制的效果，将其中至少一台常规发电机组改造为恒励磁发电机组，其建模搭建步骤如下：

步骤1：所述网侧变流器确定所述高压输电网的电流参考值参数：d轴电流参考值i_gd ^*和q轴电流参考值i_gq ^*；再通过采集所述高压输电网的三相电流获取所述高压输电网的电流实际值参数：d轴电流实际值i_gd和定q轴电流实际值i_gq；

进一步地，本步骤中网侧变流器确定所述高压输电网的电流参考值参数具体包括：

步骤1-1：将所述网侧变流器的直流母线电压参考值u_dc ^*和反馈测量电压u_dc进行比较，误差输出至所述PI调节器，得到所述网侧变流器的d轴电流参考值i_gd ^*；

步骤1-2：将所述网侧变流器的q轴电流实际值i_gq ^*设置为0；

步骤2：将所述高压输电网的电流参考值参数与电流实际值参数进行比较，误差输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至PWM调制模块，最终传送到所述网侧变流器；

步骤3：所述机侧变流器确定所述恒励磁电机组的电流参考值参数：q轴电流参考值i_sq ^*，d轴电流参考值i_sd ^*；再通过采集所述恒励磁电机组的三相电流获取所述恒励磁电机组的电流实际值参数：q轴电流实际值i_sq，d轴电流实际值i_sd；

进一步地，本步骤中机侧变流器确定所述恒励磁电机组的电流参考值参数具体包括：

步骤3-1：将所述恒励磁机组虚拟惯量模块产生的电磁转矩Te输入至机侧变流器，将Te乘上一个磁链系数，得到机侧变流器的q轴电流参考值i_sq ^*。

步骤3-2：将所述机侧变流器的d轴电流参考值i_sd ^*设置为0；

步骤4：将所述恒励磁电机组的电流参考值参数与电流实际值参数进行比较，误差输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至PWM调制模块，最终发送回所述机侧变流器。

进一步地，所述网侧变流器和机侧变流器均包括坐标变换模块，用于将获取的电流两相变为三相，将d轴和q轴电流进行矢量变换，变为i_a、i_b、i_c三相电流。

本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有运算程序，该运算程序可被处理执行，以使实现上述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法。

本发明提供了一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制装置，包括上述的计算机可读存储介质。

下面结合本发明具体地实施方式，对本发明进行进一步详细说明。根据上述技术方案实施步骤，提出两种仿真对比方案：

对比例1

常规的联络线功率控制仿真方案：搭建自备电厂内部发常规发电机组与高压输电网运行的仿真模型，基于该模型，做厂内负荷阶跃扰动下的线路恒功率控制的效果，其中各台常规发电机组选用常规同步发电机组，并将其设置将联络线功率差额叠加在常规发电机组有功功率参考输入指令值上，增加机组出力，控制联络线功率恒定。

实施例1

恒励磁发电机组的联络线功率控制仿真方案：搭建自备电厂内部常规发电机组与高压输电网运行的仿真模型，基于该模型，做厂内负荷阶跃扰动下的线路恒功率控制的效果，将其中一台机组替换为改造的恒励磁发电机组，其余机组选用常规同步发电机组，并设置将联络线功率差额叠加在常规发电机组有功功率参考输入指令值上，增加机组出力，控制联络线功率恒定。

为了验证本发明正确性，在MATLAB/simulink仿真平台搭建自备电厂并网联络线功率控制模型，其中自备电厂并网电路模型按照附图2搭建；附图2中G1、G2、G3为三台常规同步发电机组，PL₁、PL₂、PL₃为厂内负荷，B、B₀、B₁、B₂、B₃为线路节点。提供背靠背变流器，将其与恒励磁电机组连接，并与高压输电网连通，按照附图3搭建；附图3中，背靠背变流器包括机侧变流器和网侧变流器，恒励磁发电机组包括汽轮机。附图4为背靠背变流器的结构附图，附图4中u_ga、u_gb、u_gc为高压输电网的三相电压，i_ga、i_gb、i_gc为高压输电网注入到网侧变流器的三相电流，u_dc为网侧变流器的直流母线电压，C为等值电容；u_sa、u_sb、u_sc为恒励磁机组定子端电压流实际值，i_sa、i_sb、i_sc为恒励磁机组流入到机侧变流器的电流实际值。背靠背变流器的控制策略按附图5、6搭建；附图5中i_gd ^*为网侧变流器的d轴电流参考值，i_gq ^*为网侧变流器的q轴电流参考值，i_gq为网侧变流器的q轴电流实际值，u_dc ^*为网侧变流器的直流母线电压参考值，u_dc为反馈测量电压，PI为PI调节器，PWM为PWM调制模块，其中dq/abc为坐标变换模块。附图6中i_sd ^*为机侧变流器的d轴电流参考值，i_sd为机侧变流器的d轴电流实际值，i_sq为机侧变流器的q轴电流实际值，Te为恒励磁机组的电磁转矩值，i_sq ^*为机侧变流器的q轴电流参考值，K为恒励磁机组的磁链系数，PI为PI调节器，PWM为PWM调制模块，其中dq/abc为坐标变换模块。虚拟惯量控制模块的部分结构按附图7搭建，用于运行恒励磁电机组的虚拟惯量控制策略；附图7中死区控制为死区控制模块，max为max模块，第一switch为第一switch选择模块，第二switch为第二switch选择模块，PI为PI调节器，K_P为虚拟惯量比例系数，K_D为虚拟惯量微分系数，P_Line为联络线功率、P_Lref为功率调度指令值。汽轮机的有功功率参考输入指令值叠加控制按附图8搭建。

仿真测试1

对对比例1和实施例1联络线功率变化进行仿真测试，仿真场景设置为：高压输电网的功率调度指令值P_Lref＝1.5MW，正常运行时，自备电厂通过联络线向高压输电网输送1.5MW功率，在仿真15秒时，模拟自备厂内负荷突增情况，负荷增加值为0.3MW，测试结果如附图9所示，并对两者进行比较。

附图9中可以看出，常规的联络线功率控制仿真控制联络线功率瞬间下降，经过0.15s下降至最低点1.2MW，然后常规发机组通过外部汽轮机的给定功率输入才开始响应联络线功率变化，历时1s后，将联络线功率调节至稳定。而本发明恒励磁发电机组的联络线功率控制仿真控制在15s负荷突增瞬间，在0.02s就可以通过释放机组储存的转子动能，快速响应联络线功率变化，并抑制功率的继续下降，经过汽轮机外部的给定控制最终控制联络线功率的恒定。

仿真测试2

对比例1和实施例1联络线功率变化进行仿真测试，仿真场景设置为：高压输电网的功率调度指令值P_Lref＝1.5MW，正常运行时，自备电厂通过联络线向高压输电网输送1.5MW功率，在仿真15秒时，模拟自备厂内负荷突减情况，负荷减少值为0.3MW，测试结果如附图10所示，并对两者进行比较。

附图10中可以看出，常规的联络线功率控制仿真控制联络线功率瞬间上升，经过0.2s上升至最高点1.8MW，然后常规发电机组通过外部汽轮机的给定功率输入才开始响应联络线功率变化，并经过1s后，将联络线功率调节至稳定。而本发明恒励磁发电机组的联络线功率控制仿真控制通过增加转速，迅速吸收厂内富余功率，在0.02s就可以快速响应功率变化，抑制联络线功率的持续上升，最终调节联络线功率至稳定。

仿真测试结果表明，通过利用恒励磁发电机组的主动变速功能对联络线功率的控制具有快速性，有效性。也说明本发明提出的自备电厂并网联络线功率快速恒定控制的方法的合理性以及准确性。

应当理解，本发明的方法、流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

提供N台常规发电机组，将其中至少一台常规发电机组输入恒定励磁参数改造成恒励磁发电机组；所述常规发电机组和恒励磁发电机组均包括汽轮机；

提供背靠背变流器，将其与改造成的恒励磁发电机组连接，并与高压输电网连通；其中，所述背靠背变流器包括网侧变流器、机侧变流器和虚拟惯量控制模块；所述虚拟惯量控制模块包括PI调节器；

采集当前联络线功率P_Line和给定的功率调度指令值P_Lref，通过计算获得当前联络线功率差额ΔP_Line；其中，所述联络线功率差额ΔP_Line＝|P_Line-P_Lref|；

将所述联络线功率差额ΔP_Line输出至所述PI调节器，经过PI调节后作为功率差额控制量ΔP，如下式(Ⅰ)将所述功率差额控制量ΔP按比例分配至所述常规发电机组以及恒励磁发电机组中：

ΔP＝K₁ΔP₁+K₂ΔP₂……+K_NΔP_N (Ⅰ)，

其中，K₁、K₂……K_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的比例分配系数，ΔP₁、ΔP₂……ΔP_N为N台所述常规发电机组以及恒励磁发电机组的功率差额控制量；

采集第一常规发电机组或恒励磁发电机组当前实际输出功率P_g、输入功率指令值P_gref和功率差额控制量ΔP₁，如下式(Ⅱ)将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述第一常规发电机组或恒励磁发电机组的汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述第一常规发电机组或恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率的恒定：

P_ref＝P_gref+ΔP₁-P_g (Ⅱ)。

2.根据权利要求1所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

采集当前联络线功率的变化值ΔP_L；其中，ΔP_L＝ΔP_Line×K，K为增益系数；

将所述功率变化值ΔP_L输入至所述虚拟惯量控制模块，并运行虚拟惯量控制策略，通过弥补联络线产生的功率差额，从而控制所述联络线功率的恒定；

所述虚拟惯量控制策略退出运行时，所述汽轮机调速器阀门开度增加，将功率差额控制量ΔP₁叠加在所述恒励磁发电机组的汽轮机的有功功率参考输入指令值P_ref中，以使增加所述恒励磁发电机组的有功功率，从而控制所述联络线功率恒定。

3.根据权利要求2所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述虚拟惯量控制模块还包括死区控制模块、max模块和switch选择模块；所述虚拟惯量控制策略的方法进一步地包括：

将所述功率变化值ΔP_L输入至死区控制模块，如果所述功率变化值ΔP_L超过预设功率变化阈值，将ΔP_L输入至max模块；

max模块采集所述功率变化值ΔP_L的最大值ΔP_L-max，并以ΔP_L-max执行虚拟惯量控制策略；

通过下式(Ⅲ)计算所述有功功率参考值ΔP_v：

其中，K_P为虚拟惯量比例系数，K_D为虚拟惯量微分系数，ΔP_L-max为功率变化值的最大值；

第一switch选择模块启动转速保护策略；其中，所述第一switch选择模块设置所述恒励磁电机组的转速标幺值范围；如果所述恒励磁机组的测量转速ω未超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；如果所述恒励磁机组的测量转速ω超过所述转速标幺值范围，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行；

第二switch选择模块启动功率保护策略；其中，所述第二switch选择模块设置联络线功率差额变化阈值；如果所述联络线功率差额ΔP_Line超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续运行虚拟惯量控制策略；如果所述联络线功率差额ΔP_Line未超过联络线功率差额变化阈值，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行。

4.根据权利要求3所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述功率变化阈值≤0.005。

5.根据权利要求3所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述转速标幺值范围为0.95～1.07；所述转速保护策略进一步地包括：

如果0.95＜ω＜1.07，则所述第一switch选择模块输出YES，转入第二switch选择模块；

如果ω≤0.95或者ω≥1.07，则所述第一switch选择模块输出NO，虚拟惯量控制策略退出运行。

6.根据权利要求3所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述联络线功率差额变化阈值为0.05；所述功率保护策略进一步地包括：

如果ΔP_Line≥0.05，则所述第二switch选择模块输出NO，转入死区控制模块，继续进行虚拟惯量控制策略；

如果ΔP_Line＜0.05，则所述第二switch选择模块输出YES，虚拟惯量控制策略退出运行。

7.根据权利要求2所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述网侧变流器确定所述高压输电网的电流参考值参数：d轴电流参考值i_gd ^*和q轴电流参考值i_gq ^*；再通过采集所述高压输电网的三相电流获取所述高压输电网的电流实际值参数：d轴电流实际值i_gd和q轴电流实际值i_gq；

将所述高压输电网的电流参考值参数与电流实际值参数的误差值输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至所述网侧变流器的PWM调制模块；

所述机侧变流器确定所述恒励磁发电机组的电流参考值参数：q轴电流参考值i_sq ^*，d轴电流参考值i_sd ^*；再通过采集所述恒励磁发电机组的三相电流获取所述恒励磁发电机组的电流实际值参数：q轴电流实际值i_sq，d轴电流实际值i_sd；

将所述恒励磁电机组的电流参考值参数与电流实际值参数的误差值输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至所述机侧变流器的PWM调制模块。

8.根据权利要求7所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述方法进一步地包括：

将所述网侧变流器的直流母线电压参考值u_dc ^*和反馈测量电压u_dc的误差值输出至所述PI调节器，得到所述网侧变流器的d轴电流参考值i_gd ^*；将其与电网侧通过坐标变换得到的电流测量值i_gd的误差值输出，经过PI调节后再输出至所述网侧变流器的PWM调制模块；同时将所述网侧变流器的q轴电流实际值i_gq ^*设置为0。

9.根据权利要求7所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法，其特征在于，所述方法进一步地包括：

将所述恒励磁机组虚拟惯量模块产生的电磁转矩Te输入至机侧变流器，计算得到机侧变流器控制策略中的q轴电流参考值i_sq ^*，将其与恒励磁电机组定子端通过坐标变换得到的电流测量值i_sq的误差值输出至所述PI调节器，经过PI调节后再输出至所述机侧变流器的PWM调制模块，同时将所述机侧变流器的d轴电流参考值i_sd ^*设置为0。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机主程序被执行时可实现如权利要求1至9中任一项所述的自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法。

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