CN112134298A - 一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及系统 - Google Patents

一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及装置，将风电场与柔性直流送出端等效成一个柔性直流虚拟机组；电网调频控制模型由柔性直流虚拟机组实时向省级电网主站输入两类数据，省级电网主站向虚拟机组输出三种控制模式；省级电网主站根据输入的不同数据和电网调控需求输出不同的控制模式；当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“一次调频模式”，当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“二次调频模式”，当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“当地模式”，省级电网主站给柔性直流虚拟机组下发不同功率控制指令。本发明实现了新能源送端整体参与电网一次、二次调频控制，扩充电网频率调节资源，提高电网的频率控制品质。

Description

一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及装置，属于电力系统频率控制技术领域。
背景技术
柔性直流(VSC-HVDC)是基于全控型器件的高压直流输电，柔性直流与常规直流的最本质区别在于其核心元件采用全控型电力电子器件IGBT。随着能源战略结构的不断调整和完善，柔性直流输电逐渐成为解决新能源并网的重要技术手段，现在柔性直流多应用于风光等新能源接入、孤立海岛和钻井平台的供电、大电网的非同步联网以及大型城市供配电等领域的应用。
目前，国内外的专家学者以及工程师针对柔性直流新能源汇集端的AGC控制方法做了大量研究，例如：
AGC在新能源发电项目中发挥了越来越重要的作用，以及AGC受到社会各界的广泛关注。其中，AGC在新能源汇集端的作用有按负荷曲线方式来控制全网的有功功率、按给定负荷方式控制全厂总的有功负荷、调频功能，按新能源在系统有功调度中的参与度从低到高划分。
现有柔性直流系统的设计与控制策略，研究新能源电场的控制与仿真模型。在此基础上，考虑大规模风、光电场同时接入系统，设计阀组级、换流站级以及系统级控制方式，并建立基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电模型。其中一送端连接大规模风、光电场，另一个送端接入等效风电场，受端等有效并入系统交流电网。此方案对多端柔性直流输电系统系统级控制器的设计电压下垂控制和电压偏差控制，没有考虑到风电场风速变化会引起频率变化，从而导致功率变化。
针对中国西部地区大规模新能源发电集群的直流汇集及输送问题，深入分析了新能源电站场站内部和场站之间的汇集组网方式，并基于分层分区的原则设计了大规模新能源发电集群多层级直流汇集与输送系统方案，在此基础上，以某地区千万千瓦级新能源发电基地为场景，设计了相应的汇集输送方案。
上述现有技术中提到的控制策略都是针对特定新能源接入柔性直流电网对场站级换流站采取的电压控制策略，目前还没有研究利用柔性直流新能源汇集端快速、准确的控制特性参与电网频率控制，实现新能源送端整体参与电网一次、二次调频控制。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，考虑到柔性直流输电逐渐成为大规模风电并网的一项重要技术手段，本发明针对风电汇集柔性直流送出端的运行特性，充分利用柔性直流快速、准确的功率控制特性，通过将柔性直流送出端作为一个等效虚拟机组在电网AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)中进行建模以及参与电网频率控制，实现风电送出端通过柔性直流整体参与电网一次、二次调频控制。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，包括下列步骤:
1)将风电场与柔性直流送出端等效成一个柔性直流虚拟机组，所述柔性直流虚拟机组利用柔性直流功率器件调节柔性直流送出端的输出功率，通过输出功率来改变风机转速，从而响应电网频率调节需求，用于实现风电场汇集端通过柔性直流送出端参与电网频率控制。
2)在省级电网主站AGC控制系统中(省级电网主站AGC控制系统以下简称省级电网主站)加入柔性直流虚拟机组构建成电网调频控制模型，所述电网调频控制模型由柔性直流虚拟机组实时向省级电网主站输入两类数据，省级电网主站向虚拟机组输出三种控制模式。
所述两类数据包括：
(21)遥信类数据：AGC可控信号，一次调频参与信号，二次调频参与信号；(22)遥测类数据：柔性直流虚拟机组实际出力(即柔性直流送出端实时送出功率)，柔性直流虚拟机组功率可调节上限，柔性直流虚拟机组功率可调节下限。
所述三种控制模式包括：
(1)当地模式：该模式下柔性直流虚拟机组由厂站端当地控制，省级电网主站不下发控制指令。
(2)一次调频模式：该模式下柔性直流虚拟机组的控制目标是电网频率，参与电网的一次调频。
(3)二次调频模式：该模式下柔性直流虚拟机组的控制目标是电网区域控制偏差，和常规机组一起参与电网的二次调频。
3)省级电网主站根据柔性直流虚拟机组输入的不同数据和电网调控需求输出不同的控制模式。
31)当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和一次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”；
32)当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“二次调频模式”；
33)当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号的遥信值为“合”，一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“分”，省级电网主站判定柔性直流虚拟机组上送的遥信值异常，省级电网主站将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”；
34)当柔性直流虚拟机组上送的AGC可控信号、一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”或“二次调频模式”。
4)当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“一次调频模式”，如果省级电网主站监测到电网频率偏差超过偏差门槛(例如偏差门槛值为0.04Hz，频率超过50.04Hz)，省级电网主站将柔性直流虚拟机组一次调频参与量与柔性直流虚拟机组实际出力总和作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组；当电网频率偏差返回死区门槛时，省级电网主站自动设置下发给柔性直流虚拟机组的控制目标为0，柔性直流虚拟机组按原有的计划送出功率进行控制。
所述柔性直流虚拟机组一次调频参与量的计算公式如下：
ΔP＝Δf×K (1)
式中：ΔP为柔性直流虚拟机组一次调频参与量，Δf为电网频率偏差，K为柔性直流虚拟机组的参与系数。
41)如果控制目标大于柔性直流虚拟机组功率可调节上限，控制目标修改为柔性直流虚拟机组功率可调节上限；
42)如果控制目标小于柔性直流虚拟机组功率可调节下限，控制目标修改为柔性直流虚拟机组功率可调节下限。
5)当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“二次调频模式”，省级电网主站采用常规机组优先策略或柔性直流虚拟机组优先策略对柔性直流虚拟机组和常规机组协调控制。
51)当采用常规机组优先策略，省级电网主站将调节需求优先分配给常规机组，如果超过常规机组的调节能力，将剩余部分分配给柔性直流虚拟机组，如果超过柔性直流虚拟机组调节能力，将剩余部分留给下轮继续分配；省级电网主站将柔性直流虚拟机组的分配量加上柔性直流虚拟机组当前实际出力作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组。
52)当采用柔性直流虚拟机组优先策略，省级电网主站将调节需求优先分配给柔性直流虚拟机组，如果超过柔性直流虚拟机组调节能力，将剩余部分分配给常规机组，如果超过常规机组调节能力，将剩余部分留给下轮继续分配；省级电网主站AGC将柔性直流虚拟机组的分配量加上柔性直流虚拟机组当前实际出力作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组。
6)省级电网主站根据电网运行、备用裕度、柔性直流虚拟机组运行状态将柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“当地模式”，省级电网主站不给柔性直流虚拟机组下发控制指令，柔性直流虚拟机组根据预先的送出计划进行控制。
一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制系统，包括：省级电网主站、风电场、柔性直流送出端，
柔性直流送出端实时向省级电网主站输入遥信类数据，省级电网主站向风电场输出三种控制模式；
所述遥信类数据：AGC可控信号，一次调频参与信号，二次调频参与信号；
所述三种控制模式包括：
当地模式：该模式下柔性直流送出端由厂站端当地控制，省级电网主站不下发控制指令；
一次调频模式：该模式下柔性直流送出端的控制目标是电网频率，参与电网的一次调频；
二次调频模式：该模式下柔性直流送出端的控制目标是电网区域控制偏差，和常规机组一起参与电网的二次调频；
根据柔性直流送出端不同的控制模式，不同的遥测类数据，省级电网主站向风电场输出不同控制目标；所述遥测类数据包括：柔性直流送出端实际出力，柔性直流送出端功率可调节上限，柔性直流送出端功率可调节下限。
有益效果：本发明提供的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法及装置，本发明实现了新能源送端整体参与电网一次、二次调频控制，进一步扩充电网频率调节资源，提高电网的频率控制品质，广泛应用于新能源接入电网、优化电网的功率控制等场合。
附图说明
图1是本发明实施例中含新能源接入的两端柔性直流输电系统模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例：
如图1所示，将该风电场与柔性直流送出端看成是一个虚拟机组，该虚拟机组的调节过程是靠柔性直流功率器件来实现的，最终是风机通过自身转速的变化来响应电网频率调节需求，实现风电场汇集端通过柔性直流送出端参与电网频率控制。
在省级电网主站AGC控制系统中加入柔性直流虚拟机组构建成电网调频控制模型，控制模型中加入AGC可控信号，一次调频参与信号，二次调频参与信号，柔性直流虚拟机组实际出力，功率调节上限，功率调节下限。省级电网主站对柔性直流虚拟机组设置三种控制模式，包括当地模式，一次调频模式和二次调频模式。
柔性直流虚拟机组上送省级电网主站输入数据，包括AGC可控信号、一次调频参与信号、二次调频参与信号。
如果柔性直流虚拟机组上送的是AGC可控信号和一次调频参与信号均为“合”，那么省级电网主站将柔性直流虚拟机组投入“当地模式”或“一次调频模式”。
如果柔性直流虚拟机组上送的是AGC可控信号和二次调频参与信号均为“合”，那么省级电网主站将柔性直流虚拟机组投入“当地模式”或“二次调频模式”。
如果柔性直流虚拟机组上送的是仅AGC可控信号为“合”，其他信号为“分”，那么省级电网主站判断柔性直流虚拟机组信号上送异常，省级电网主站将柔性直流虚拟机组控制模式设置为“当地控制”。
如果柔性直流虚拟机组上送的是可控信号、一次调频参与信号和二次调频参与信号均为“合”，那么省级电网主站可以根据需要设置虚拟机组的控制模式为“当地控制”、“一次调频模式”或“二次调频模式”。
如果柔性直流虚拟机组投入了“一次调频模式”，那么当省级电网主站监测到电网频率偏差超过制定门槛(例如偏差门槛值为0.04Hz，频率超过50.04Hz)，AGC通过遥调将频率偏差下发给柔性直流虚拟机组，柔性直流虚拟机组将频率偏差作为一个外环引入功率控制器中，对柔性直流虚拟机组的送出功率进行控制。当电网频率偏差返回死区门槛时，省级电网主站自动下发一个0给投入一次调频模式的柔性直流虚拟机组，柔性直流送出机组按原有的功率进行控制。
如果柔性直流虚拟机组投入了“二次调频模式”，省级电网主站可以将柔性直流虚拟机组和常规机组协调控制，包括常规机组优先模式和柔性直流虚拟机组优先模式。常规机组优先模式下当省级电网主站计算得到的调节需求优先分配给常规机组，如果超过常规机组的调节能力，那么剩余部分分配给柔性直流虚拟机组，超过柔性直流虚拟机组调节能力的部分留给下轮继续分配。省级电网主站将柔性直流虚拟机组的分配量加上当前出力作为目标出力下发给柔性直流虚拟机组，由柔性直流虚拟机组对输出有功进行控制。
虚拟机组优先模式下省级电网主站计算得到的调节需求优先分配给柔性直流虚拟机组，超过柔性直流虚拟机组调节能力的部分由常规机组进行调节，超过常规机组调节能力的部分留给下轮继续分配。主省级电网主站将柔性直流虚拟机组的分配量加上当前出力作为目标出力下发给柔性直流虚拟机组，由柔性直流虚拟机组对输出有功进行控制。
主省级电网主站也可以根据需要将柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“当地模式”，主省级电网主站不给柔性直流虚拟机组下发指令，柔性直流虚拟机组自由控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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。

Claims (10)

1.一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
将风电场与柔性直流送出端等效成的柔性直流虚拟机组实时向省级电网主站输入遥信类数据，省级电网主站向柔性直流虚拟机组输出三种控制模式；
所述遥信类数据：AGC可控信号，一次调频参与信号，二次调频参与信号；
所述三种控制模式包括：
当地模式：该模式下柔性直流虚拟机组由厂站端当地控制，省级电网主站不下发控制指令；
一次调频模式：该模式下柔性直流虚拟机组的控制目标是电网频率，参与电网的一次调频；
二次调频模式：该模式下柔性直流虚拟机组的控制目标是电网区域控制偏差，和常规机组一起参与电网的二次调频；
根据柔性直流虚拟机组不同的控制模式，不同的遥测类数据，省级电网主站向柔性直流虚拟机组输出不同控制目标；所述遥测类数据包括：柔性直流虚拟机组实际出力，柔性直流虚拟机组功率可调节上限，柔性直流虚拟机组功率可调节下限。
2.根据权利要求1所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：所述柔性直流虚拟机组利用柔性直流功率器件调节柔性直流送出端的输出功率，通过输出功率来改变风机转速。
3.根据权利要求1所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和一次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”；
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“二次调频模式”；
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号的遥信值为“合”，一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“分”，省级电网主站判定柔性直流虚拟机组上送的遥信值异常，省级电网主站将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”；
当柔性直流虚拟机组上送的AGC可控信号、一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”或“二次调频模式”。
4.根据权利要求1所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“一次调频模式”，如果省级电网主站监测到电网频率偏差超过偏差门槛，省级电网主站将柔性直流虚拟机组一次调频参与量与柔性直流虚拟机组实际出力总和作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组；当电网频率偏差返回死区门槛时，省级电网主站自动设置下发给柔性直流虚拟机组的控制目标为0，柔性直流虚拟机组按原有的计划送出功率进行控制；
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“二次调频模式”，省级电网主站采用常规机组优先策略或柔性直流虚拟机组优先策略对柔性直流虚拟机组和常规机组协调控制；
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“当地模式”，省级电网主站不给柔性直流虚拟机组下发控制指令，柔性直流虚拟机组根据预先的送出计划进行控制。
5.根据权利要求4所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：
如果控制目标大于柔性直流虚拟机组功率可调节上限，控制目标修改为柔性直流虚拟机组功率可调节上限；
如果控制目标小于柔性直流虚拟机组功率可调节下限，控制目标修改为柔性直流虚拟机组功率可调节下限。
6.根据权利要求4所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：当采用常规机组优先策略，省级电网主站将调节需求优先分配给常规机组，如果超过常规机组的调节能力，将剩余部分分配给柔性直流虚拟机组，如果超过柔性直流虚拟机组调节能力，将剩余部分留给下轮继续分配；省级电网主站将柔性直流虚拟机组的分配量加上柔性直流虚拟机组当前实际出力作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组。
7.根据权利要求4所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制方法，其特征在于：当采用柔性直流虚拟机组优先策略，省级电网主站将调节需求优先分配给柔性直流虚拟机组，如果超过柔性直流虚拟机组调节能力，将剩余部分分配给常规机组，如果超过常规机组调节能力，将剩余部分留给下轮继续分配；省级电网主站AGC将柔性直流虚拟机组的分配量加上柔性直流虚拟机组当前实际出力作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组。
8.一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制系统，其特征在于，包括：省级电网主站、风电场、柔性直流送出端，
柔性直流送出端实时向省级电网主站输入遥信类数据，省级电网主站向风电场输出三种控制模式；
所述遥信类数据：AGC可控信号，一次调频参与信号，二次调频参与信号；
所述三种控制模式包括：
当地模式：该模式下柔性直流送出端由厂站端当地控制，省级电网主站不下发控制指令；
一次调频模式：该模式下柔性直流送出端的控制目标是电网频率，参与电网的一次调频；
二次调频模式：该模式下柔性直流送出端的控制目标是电网区域控制偏差，和常规机组一起参与电网的二次调频；
根据柔性直流送出端不同的控制模式，不同的遥测类数据，省级电网主站向风电场输出不同控制目标；所述遥测类数据包括：柔性直流送出端实际出力，柔性直流送出端功率可调节上限，柔性直流送出端功率可调节下限。
9.根据权利要求8所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制系统，其特征在于，
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和一次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”；
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号和二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“二次调频模式”；
当柔性直流虚拟机组向省级电网主站上送的AGC可控信号的遥信值为“合”，一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“分”，省级电网主站判定柔性直流虚拟机组上送的遥信值异常，省级电网主站将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”；
当柔性直流虚拟机组上送的AGC可控信号、一次调频参与信号、二次调频参与信号的遥信值均为“合”，省级电网主站根据电网调控需求将柔性直流虚拟机组设置为“当地模式”或“一次调频模式”或“二次调频模式”。
10.根据权利要求8所述的一种风电汇集柔性直流送出端参与电网调频控制系统，其特征在于，
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“一次调频模式”，如果省级电网主站监测到电网频率偏差超过偏差门槛，省级电网主站将柔性直流虚拟机组一次调频参与量与柔性直流虚拟机组实际出力总和作为控制目标下发给柔性直流虚拟机组；当电网频率偏差返回死区门槛时，省级电网主站自动设置下发给柔性直流虚拟机组的控制目标为0，柔性直流虚拟机组按原有的计划送出功率进行控制；
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“二次调频模式”，省级电网主站采用常规机组优先策略或柔性直流虚拟机组优先策略对柔性直流虚拟机组和常规机组协调控制；
当柔性直流虚拟机组的控制模式设置为“当地模式”，省级电网主站不给柔性直流虚拟机组下发控制指令，柔性直流虚拟机组根据预先的送出计划进行控制。
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