CN111756077B - 水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法及系统 - Google Patents

水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法及系统，本发明的方法包括步骤S1，当检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure DDA0002611872640000011
i＝1,…,n，n为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的理论动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure DDA0002611872640000012
步骤S2，基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率；步骤S3，将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组。本发明通过在AGC控制中引入直流FC的调节量，可避免因直流FC复归导致的频率恢复慢的问题。

Description

水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法及系统。
背景技术
随着电网互联结构的改变，省级、区域电网由同步互联转变为异步互联，以西南电网为例，异步互联网后，水电装机占到全网总装机70％左右，为最大限度的消纳清洁水电，典型运行方式下水电出力占比超过90％；与此同时，7条直流外送比例甚至超过50％，是典型的水电高占比多直流外送电力系统。网架结构和电源结构的大幅改变，使系统频率调节特性及振荡模式都发生了巨大变化，转动惯量的急剧变小使得系统耐受不平衡功率能力大幅削弱。另一方面，为了抑制高比例水电负阻尼引发的超低频振荡，工程中常通过优化部分水电机组调速器PID参数的方式提升其在超低频段的阻尼水平，但优化后的PID参数一般一次调频响应速度慢，进一步恶化了系统的调频能力。且调速器参数优化使得依据调频响应速度，可将水电机组分为两类，一类为优化机组，运行在调速器小网模式参数，响应速度慢；一类为非优化机组，运行在原大网模式参数，响应速度较快，进一步对自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)等其他调节措施造成影响。
为提升系统的调频能力，有必要统筹网内水/火电一次调频、直流频率控制器(Frequency Controller，FC)以及AGC等多种时间尺度的调频资源，使其能够协同配合，共同提升系统的频率调节能力，避免因为不同控制措施配合不当导致的恶化系统调频能力，甚至引起频率安全事故的问题。
现有方法主要集中在常规水/火电以、新能源与AGC直接的协调，较少计及直流FC的协调，并且没有研究考虑为抑制超低频振荡优化部分机组调速器PID参数后水电机组调频特性间的差异。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法。本发明考虑优化机组、非优化机组调频特性差异，并计及多直流影响的多级调频控制策略，以快速的协调多种调频资源，提升系统频率调节能力。
本发明通过下述技术方案实现：
水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，当检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000011
Figure BDA0002611872620000021
为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure BDA0002611872620000022
步骤S2，基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率；
步骤S3，将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组。
可选的，本发明的步骤S1采用下式计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000023
Figure BDA0002611872620000024
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure BDA0002611872620000025
为第i条直流FC动作死区。
可选的，本发明的步骤S1通过下式得到第i条直流FC的实际动作量
Figure BDA0002611872620000026
Figure BDA0002611872620000027
其中，
Figure BDA0002611872620000028
分别为第i条直流FC的下、上限幅。
可选的，本发明的步骤S2通过下式计算分中心控制区的不平衡功率：
Figure BDA0002611872620000029
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数，
Figure BDA00026118726200000210
为第i条直流FC的实际动作量，ΔPl表示控制器联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式。
可选的，本发明的步骤S3具体包括：
当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组；
当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
另一方面，本发明还提出了水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制系统，该系统包括检测模块、计算模块和控制模块；
所述检测模块用于检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000031
i＝1,…,n，n为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的理论动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure BDA0002611872620000032
所述计算模块用于基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率；
所述控制模块用于将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组。
可选的，本发明的检测模块采用下式计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000033
Figure BDA0002611872620000034
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure BDA0002611872620000035
为第i条直流FC动作死区。
可选的，本发明的检测模块通过下式得到第i条直流FC的实际动作量
Figure BDA0002611872620000036
Figure BDA0002611872620000037
其中，
Figure BDA0002611872620000038
分别为第i条直流FC的下、上限幅。
可选的，本发明的计算模块通过下式计算分中心控制区的不平衡功率：
Figure BDA0002611872620000039
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数，
Figure BDA00026118726200000310
为第i条直流FC的实际动作量，ΔPl表示AGC控制的联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式。
可选的，本发明的控制模块用于当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组；当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提出的水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法，通过在AGC控制中引入直流FC的调节量，可避免因直流FC复归导致的频率恢复慢的问题，同时协调控制AGC优先将功率分配给非优化机组，进一步加快系统调频能力，有利于扰动后频率快速恢复。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法。
如图1所示，本实施例的控制方法包括以下步骤：
1)根据机组的调频资源特性和所属控制区对网内机组进行分类，优化机组、非优化机组、火电机组。
2)电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量(i＝1…n，n为启用FC功能的直流条数)：
Figure BDA0002611872620000041
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure BDA0002611872620000042
为第i条直流FC动作死区。
3)确定直流FC的实际工作状态下的实际动作量
Figure BDA0002611872620000043
Figure BDA0002611872620000051
其中，
Figure BDA0002611872620000052
分别为第i条直流FC的下、上限幅。
4)计算分中心控制区的不平衡功率
Figure BDA0002611872620000053
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数，ΔPl表示AGC控制的联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式。
5)AGC将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组，具体为：
当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时(Δf＞0.033Hz)，AGC按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组；
当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时(Δf＞0.05Hz)，AGC按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
实施例2
本实施例提出了一种水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制系统。
如图2所示，本实施例的控制系统包括检测模块、计算模块和控制模块。
本实施例的检测模块用于检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000054
i＝1,…,n，n为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的理论动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure BDA0002611872620000055
本实施例采用下式计算第i条直流FC的理论动作量
Figure BDA0002611872620000056
Figure BDA0002611872620000057
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure BDA0002611872620000058
为第i条直流FC动作死区。
本实施例通过下式得到第i条直流FC实际工作状态下的实际动作量
Figure BDA0002611872620000061
Figure BDA0002611872620000062
其中，
Figure BDA0002611872620000063
分别为第i条直流FC的下、上限幅。
本实施例的计算模块用于基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率。
本实施例通过下式计算分中心控制区的不平衡功率：
Figure BDA0002611872620000064
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数，ΔPl表示AGC控制的联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式。
本实施例的控制模块用于将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组。
本实施例的控制模块用于当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时(Δf＞0.033Hz，)，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组(火电机组、非优化机组以及优化机组是本实施例的系统根据机组的跳频资源特性和所属控制区对网内机组进行分类得到的)；当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时(Δf＞0.05Hz，)，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
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。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1，当检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure FDA0003331207110000011
n为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的理论动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure FDA0003331207110000012
步骤S2，基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率；
步骤S3，将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组；所述步骤S1采用下式计算第i条直流FC的理论动作量
Figure FDA0003331207110000013
Figure FDA0003331207110000014
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure FDA0003331207110000015
为第i条直流FC动作死区；所述步骤S1通过下式得到第i条直流FC的实际动作量
Figure FDA0003331207110000016
Figure FDA0003331207110000017
其中，
Figure FDA0003331207110000018
分别为第i条直流FC的下、上限幅；所述步骤S2通过下式计算分中心控制区的不平衡功率：
Figure FDA0003331207110000019
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数,ΔPl表示AGC控制的联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式；所述步骤S3具体包括：
当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组；
当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
2.水电高占比多直流外送系统多级调频协调控制系统，其特征在于，该系统包括检测模块、计算模块和控制模块；
所述检测模块用于检测到电网扰动事故发生时，计算第i条直流FC的理论动作量
Figure FDA0003331207110000021
i＝1,…,n，n为启用FC功能的直流条数，并基于计算得到的理论动作量得到第i条直流FC的实际动作量
Figure FDA0003331207110000022
所述计算模块用于基于n条直流FC的实际动作量计算分中心控制区的不平衡功率；
所述控制模块用于将不平衡功率按照不同的发电机类型分配给对应的发电机组；所述检测模块采用下式计算第i条直流FC的理论动作量
Figure FDA0003331207110000023
Figure FDA0003331207110000024
其中，s为微分算子，Ki为第i条直流FC的比例增益系数，Ti为第i条直流FC的惯性时间常数，Δf为系统频率偏差，
Figure FDA0003331207110000025
为第i条直流FC动作死区；所述检测模块通过下式得到第i条直流FC的实际动作量
Figure FDA0003331207110000026
Figure FDA0003331207110000027
其中，
Figure FDA0003331207110000028
分别为第i条直流FC的下、上限幅；所述计算模块通过下式计算分中心控制区的不平衡功率：
Figure FDA0003331207110000029
其中，ΔPloss为分中心控制区功率不平衡总量，B为电网的频率偏差系数，ΔPl表示AGC控制的联络线功率与计划功率偏差，FFC表示AGC为定频率控制模式，TBC表示AGC为定频率和联络线交换功率模式，FTC表示AGC为定联络线交换功率模式；所述控制模块用于当电网频率偏差超出火电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给火电机组、非优化机组以及优化机组；当电网频率偏差超出水电机组一次调频死区时，按照指定的控制模式进行调节需求计算，并将调节需求依次分配给非优化机组、优化机组以及火电机组。
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