CN112993987A - 一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，步骤一、监测电力系统初始频率变化率，在线识别功率扰动，得到功率缺额ΔP；步骤二、监测发电机组有功输出，计算火电机组当前时刻能够提供的最大向上一次调频功率ΔP_primary；步骤三、通过功率扰动ΔP和最大向上一次调频容量ΔP_primary，计算出电解铝负荷的总调节量ΔP_load，作为电解铝负荷有功的调整目标；步骤四、判断电解铝负荷的总调节量ΔP_load是否大于零，如果ΔP_load大于零，执行步骤五；否则，返回执行步骤一；步骤五、计算出各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，再通过各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，计算得出每个电解铝负荷的母线电压目标值V_AHi。本发明有利于减少弃风弃光现象，充分利用资源，实现可持续发展。

Description

一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法

技术领域

本发明属于电网调频技术领域，具体涉及一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法。

背景技术

目前负荷参与电网调频主要集中在空调、电动汽车等对象，这类负荷单个容量小、数量多且分散，参与秒级快速响应场景则需对被控负荷逐一改造并加装控制通道，改造成本较高，也不利于调控中心的统一调度。

电解铝负荷可调容量大、调节速度快、集中易改造、短暂的功率变化对其生产影响较小，符合负荷参与电网调频的需求。早期国内外对工业负荷参与电网调频主要集中在可中断特性方面，即通过负荷侧管理探索电解铝负荷参与电网互动的可行性。近年来工业负荷的功率连续可调特性也取得了一些进展，但研究主要基于孤立电网稳定控制领域，也有部分涉及大电网互动，调节方式主要是调整自备电厂出力计划或者控制负荷启停，无法应对新能源发电引起的电网频率快速波动。

发明内容

本发明的目的在于克服大规模风电接入后的调峰问题和联络线功率受限的缺点，提出了一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其关键在于：包括以下步骤：

步骤一、监测电力系统初始频率变化率，在线识别功率扰动，得到功率缺额ΔP；

步骤二、监测发电机组有功输出，计算火电机组当前时刻能够提供的最大向上一次调频功率ΔP_primary；

步骤三、通过功率扰动ΔP和最大向上一次调频容量ΔP_primary，计算出电解铝负荷的总调节量ΔP_load，作为电解铝负荷有功的调整目标；

步骤四、判断电解铝负荷的总调节量ΔP_load是否大于零，如果ΔP_load大于零，执行步骤五；否则，返回执行步骤一；

步骤五、计算出各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，再通过各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，计算得出每个电解铝负荷的母线电压目标值V_AHi。

采用上述方案，本方法具体考虑了每个电解铝负荷的高压侧母线电压，基于可调有功容量，针对电解铝负荷的可调有功容量确定电解铝负荷的调差系数，基于调差系数占比确定不同电解铝负荷的实际调节容量。

步骤二中，当系统出现功率缺额ΔP时进行一次调频，该一次调频的功率ΔP_primary的计算式如下：

ΔP_primary＝max{P_res,P_up}

其中，P_res为火电机组向上旋转备用容量；P_up为火电机组一次调频容量上限。

采用上述方案，电力系统在运行过程中是处于动态平衡的过程中的，当系统中发生短路、机组的投切、线路跳闸以及系统震荡都有可能引起电力系统的频率偏离正常运行值。一次调频是指当系统的频率偏离正常值时，通过自动控制系统启动并入电网的发电机组，然后根据系统的频率变化，发电机机组自动的增加或者减少输出的功率，负荷与此同时也自动的减少或者增加吸收的功率，共同平抑所产生的不平衡功率，维持电力系统的稳定。

步骤三中，所述电解铝负荷的总调节量ΔP_load的计算式如下：

ΔP_load＝ΔP-ΔP_primary。

步骤五中，每个电解铝负荷的调节容量

其中，n为电解铝负荷数量，i＝1，2，...，n；D₁、D₂、...、D_n为每个电解铝负荷的调差系数。

所述电解铝负荷的调差系数D的计算式如下：

其中，Δf为电力系统频率变化量，单位赫兹。

采用上述方案，通过调节高压侧母线电压调节电解铝负荷的功率，从而平衡系统的不平衡功率，维持系统频率的稳定。所以电解铝负荷消耗功率的变化量和系统频率之间也成线性关系，并定义电解铝负荷的变化量为系统频率变化量的比值为电解铝负荷的调差系数为D。

步骤五中，所述电解铝负荷的母线电压目标值V_AH的计算方法如下：

步骤5.1、计算电解铝负荷的输入功率

其中，V_B为电解槽的直流电压，I_d为流经电解槽的直流电流，即ΔV_B＝2.4ΔP_Load；

步骤5.2、根据直流电压V_B和母线高压侧电压V_AH之间的关系式：

得出P_Load与V_B的定量关系式；

其中，ω为电网角频率，L_SR为饱和电抗器的电抗，电解槽的E和R为一常值，对于任意的电解槽可取R＝2.016mΩ，反电动势E＝354.6V。

有益效果：本发明精确的刻画了电解铝负荷的有功-电压外特性模型，对于风电功率引起的电网频率持续波动，电解铝负荷能够实时响应，有利于减少弃风弃光现象，充分利用资源，实现可持续发展。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为电解铝的负荷等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

实施例：

如图1所示，一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、监测电力系统初始频率变化率，在线识别功率扰动，得到功率缺额ΔP；

步骤二、监测发电机组有功输出，计算火电机组当前时刻能够提供的最大向上一次调频功率ΔP_primary；当系统出现功率缺额ΔP时进行一次调频，该一次调频的功率ΔP_primary的计算式如下：

ΔP_primary＝max{P_res,P_up}

其中，P_res为火电机组向上旋转备用容量；P_up为火电机组一次调频容量上限，一般为火电机组额定容量的10％。

步骤三、通过功率扰动ΔP和最大向上一次调频容量ΔP_primary，计算出电解铝负荷的总调节量ΔP_load，作为电解铝负荷有功的调整目标；所述电解铝负荷的总调节量ΔP_load＝ΔP-ΔP_primary。

步骤四、判断电解铝负荷的总调节量ΔP_load是否大于零，如果ΔP_load大于零，执行步骤五；否则，返回执行步骤一；

步骤五、计算出各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，每个电解铝负荷的调节容量

其中，n为电解铝负荷数量，i＝1，2，...，n；D₁、D₂、...、D_n为每个电解铝负荷的调差系数。

所述电解铝负荷的调差系数D的计算式如下：

其中，Δf为电力系统频率变化量，单位赫兹。

如附图2所示，对于不同的电解铝负荷，当高压侧母线电压不同时，电解铝负荷可调容量不同。因此当不同电解铝负荷的额定电压分别为V_AH1、V_AH2、...、V_AHn时，则其电压变化范围为5％V_AH1、5％V_AH2、...、5％V_AHn，基于式(4.12)、(4，13)计算不同电解铝负荷的额定调节容量ΔP_L1、ΔP_L2、...、ΔP_Ln，其调差系数分别为D₁、D₂、...、D_n，则：

D₁:D₂:···:D_n＝ΔP_L1:ΔP_L2:···:ΔP_Ln。

本发明基于电解铝负荷的生产工艺建模，考虑功率特性，针对电解铝荷的关键生产环节建立等效电路模型，提炼出相应的有功-电压负荷功率调节数学模型。电解铝的生产主要靠1600A的直流电熔融氧化铝来生产铝。如图2所示，电解铝的负荷等效电路中，将电解槽等效为一个等效电阻R和反电动势E串联：

所述电解铝负荷的母线电压目标值V_AH的计算方法如下：

步骤5.1、计算电解铝负荷的输入功率

其中，V_B为电解槽的直流电压，I_d为流经电解槽的直流电流，V_B和I_d能够在检测主站中读取，然后通过数据分析采用最小二乘法辨识出电解槽的E和R为一常值，而对于任意的电解槽可取R＝2.016mΩ，反电动势E＝354.6V；即得到ΔV_B＝2.4ΔP_Load；

步骤5.2、根据直流电压V_B和母线高压侧电压V_AH之间的关系式：

得出P_Load与V_B的定量关系式；

其中，ω为电网角频率，一般其波动较小，可认为为常值；L_SR为饱和电抗器的电抗。

根据上式可得出P_Load与V_AH的定量关系。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、监测电力系统初始频率变化率，在线识别功率扰动，得到功率缺额ΔP；

步骤二、监测发电机组有功输出，计算火电机组当前时刻能够提供的最大向上一次调频功率ΔP_primary；

步骤三、通过功率扰动ΔP和最大向上一次调频容量ΔP_primary，计算出电解铝负荷的总调节量ΔP_load，作为电解铝负荷有功的调整目标；

步骤四、判断电解铝负荷的总调节量ΔP_load是否大于零，如果ΔP_load大于零，执行步骤五；否则，返回执行步骤一；

步骤五、计算出各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，再通过各个电解铝负荷需要承担的调节量ΔP_loadi，计算得出每个电解铝负荷的母线电压目标值V_AHi。

2.根据权利要求1所述的一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：步骤二中，当系统出现功率缺额ΔP时进行一次调频，该一次调频的功率ΔP_primary的计算式如下：

ΔP_primary＝max{P_res，P_up}

其中，P_res为火电机组向上旋转备用容量；P_up为火电机组一次调频容量上限。

3.根据权利要求1所述的一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：步骤三中，所述电解铝负荷的总调节量ΔP_load的计算式如下：

ΔP_load＝ΔP-ΔP_primary。

4.根据权利要求1所述的一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：步骤五中，每个电解铝负荷的调节容量

其中，n为电解铝负荷数量，i＝1，2，...，n；D₁、D₂、...、D_n为每个电解铝负荷的调差系数。

5.根据权利要求4所述的一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：所述电解铝负荷的调差系数D的计算式如下：

其中，Δf为电力系统频率变化量，单位赫兹。

6.根据权利要求1所述的一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法，其特征在于：步骤五中，所述电解铝负荷的母线电压目标值V_AH的计算方法如下：

步骤5.1、计算电解铝负荷的输入功率

其中，V_B为电解槽的直流电压，I_d为流经电解槽的直流电流，即ΔV_B＝2.4ΔP_Load；

步骤5.2、根据直流电压V_B和母线高压侧电压V_AH之间的关系式：

得出P_Load与V_B的定量关系式；

其中，ω为电网角频率，L_SR为饱和电抗器的电抗，电解槽的E和R为一常值，对于任意的电解槽可取R＝2.016mΩ，反电动势E＝354.6V。

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