CN113315176B - 风火联合系统一次调频协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的风火联合系统一次调频协调控制方法及系统，涉及新能源发电控制技术领域，目的是为了克服现有风电一次调频控制，忽略了风电出力波动性性对其调频能力的影响，工程使用具有较大的局限性的问题，方法包括如下步骤：步骤一、根据各个风电机组的风电机组减载调频备用功率，计算得到各风电场的风电场减载调频备用功率；并根据各风电场的风电场减载调频备用功率，计算得到风火联合系统的风电总减载调频备用功率；步骤二、根据风电总减载调频备用功率，确定风火联合系统的风电调频能力状态；步骤三、检测风火联合系统的频差；风火联合系统进入并保持工作在紧急频率调控模式下；否则，风火联合系统工作在正常频率调控模式下。

Description

风火联合系统一次调频协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源发电控制技术领域。

背景技术

随着弃风问题的逐步缓解，我国“三北地区”的风电将迎来新一轮发展良机，新能源将从补充电源逐渐转变为主力电源，常规电源的调频压力与日俱增，新能源参与电网调频的任务变得日益迫切。变速恒频风力发电机组通过预留备用功率，可以实现参与电网一次调频。总体上，随着系统中风电渗透率水平的不断提高，风电参与电网进行惯量支撑和一次调频方面的研究逐渐成为热点。但是，如何将风电与传统火电的一次调频进行协调配合，研究还不充分。

目前为止，有关风电一次调频控制方面的研究，主要集中于挖掘风电调频潜力、抑制系统频率二次跌落方面，未关注风电与传统火电机组的协调配合问题，忽略了风电出力波动性性对其调频能力的影响，工程使用具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有风电一次调频控制，忽略了风电出力波动性性对其调频能力的影响，工程使用具有较大的局限性的问题，提供了一种风火联合系统一次调频协调控制方法及系统。

本发明的风火联合系统一次调频协调控制方法，方法包括如下步骤：

步骤一、根据各个风电机组的风电机组减载调频备用功率，计算得到各风电场的风电场减载调频备用功率；并根据各风电场的风电场减载调频备用功率，计算得到风火联合系统的风电总减载调频备用功率；

风火联合系统中风电场的数量为至少一个，且一个风电场中包括至少一台风电机组；

步骤二、根据风电总减载调频备用功率，确定风火联合系统的风电调频能力状态；

步骤三、检测风火联合系统的频差；并且，当频差大于频差阈值时，风火联合系统进入并保持工作在紧急频率调控模式下；否则，风火联合系统工作在正常频率调控模式下；

当风火联合系统工作在紧急频率调控模式下时，选择预先设定的紧急模式火电机组调频系数，以及根据风电调频能力状态选择预先设定的火电机组调频死区；并通过紧急模式火电机组调频系数和火电机组调频死区对风火联合系统进行一次调频协调控制；

当风火联合系统工作在正常频率调控模式下时，根据风电调频能力状态选择预先设定的正常模式火电机组调频系数和火电机组调频死区；通过正常模式火电机组调频系数和火电机组调频死区对风火联合系统进行一次调频协调控制。

进一步地，频差阈值为0.2Hz。

进一步地，步骤一中，各风电场的风电场减载调频备用功率为：

其中，ΔP_{WP_j}为第j个风电场的风电场减载调频备用功率，j＝1,2,3……；i为第j个风电场中风电机组的序数，i＝1,2,3……,n_j；n_j为风电场j中风电机组的总台数；ΔP_{WT_i}为第j个风电场中第i台风电机组的风电机组减载调频备用功率。

进一步地，步骤一中，风火联合系统的风电总减载调频备用功率为：

其中，m为风火联合系统中风电场的数量。

进一步地，步骤二中的风电调频能力状态通过风电调频能力模式界定系数确定：

当风电调频能力模式界定系数ζ大于界定系数阈值时，判定系统处于风电高调频能力模式；否则，判定系统处于风电低调频能力模式；

风电调频能力模式界定系数为：

其中，∑P_W为风火联合系统中风电机组的总有功出力，∑P_G为风火联合系统中火电机组的总有功出力。

进一步地，步骤三中，紧急模式火电机组调频系数为：

σ_G1＝0.03,|f-f_N|＞0.02Hz

其中，其中，f为系统频率测量值，f_N为系统额定频率，|f-f_N|为频差。

进一步地，步骤三中，正常模式火电机组调频系数为：

其中，h％为界定系数阈值。

进一步地，界定系数阈值为4％。

进一步地，步骤三中的火电机组调频死区为：

本发明的风火联合系统一次调频协调控制系统，包括存储介质和处理器；

存储介质保存有程序，程序被运行时执行上述风火联合系统一次调频协调控制方法；

处理器，用于运行程序。

本发明的有益效果是：

本发明的风火联合系统一次调频协调控制方法及系统，挖掘风电与火电一次调频控制之间的配合关系，根据风电调频能力评估结果，设定系统调频参数，能够在保证系统频率稳定性的前提下，充分调动风电机组调频潜力，发挥风电机组一次调频技术优势。本发明可为高风电渗透率电网一次调频控制策略的制定提供依据。对提高电网的安全和经济运行水平及对风电的接纳能力，推动电网不断转型升级具有重要意义。

附图说明

图1为具体实施方式中的风火联合一次调频系统仿真模型结构示意图；

图2为具体实施方式中风电场一和风电场二中的风电机组按风速工况一分布的示意图；

图3为具体实施方式中风电场一和风电场二中的风电机组按风速工况二分布的示意图；

图4为具体实施方式中风电机组处于高调频能力运行状态、系统频率处于正常调控状态下的仿真效果图；

图5为具体实施方式中风电机组处于低调频能力运行状态下的仿真效果图；

图6为具体实施方式中风电机组处于高调频能力运行状态、系统频率处于紧急调控状态下所提方法的仿真效果图。

具体实施方式

本发明针对采集到的风电机组减载调频备用功率信息，计算风电场减载调频备用功率；接着，由各个风电场减载调频备用功率，得到系统中风电总减载调频备用功率；然后结合系统中全部发电机组总的有功出力水平，计算系统风电调频能力模式界定系数ζ，确定系统中风电调频能力状态；进一步，根据风电调频能力状态，设定系统中火电机组的调频参数。

本发明通过在仿真平台上建立如图1所示的风火联合一次调频系统仿真模型，选取吉林省实际风电场典型风速数据，对计及风电调频能力的风火联合系统一次调频协调控制方法进行了验证。

计及风电调频能力的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采集系统中风电机组的减载运行信息，计算各个风电场的减载调频备用功率；

具体地，步骤一中，若已知各个风电机组减载调频备用功率的大小，风电场j的减载调频备用功率为：

式中，n_j代表风电场j中风电机组的总台数。

风电场一与风电场二中的风电机组按如图2和图3中所示的风速分布工况并网发电，采集风电场一与风电场二中所有风电机组的减载运行信息，计算风电场一和风电场二的减载调频备用功率ΔP_{WP_1}和ΔP_{WP_2}。

当风电场一和风电场二按如图2和图3的风速工况发电出力时，风电场一和风电场二的减载调频备用功率的计算结果如表一所示：

表一

风速工况一下风电场减载调频备用功率计算结果表

表二

风速工况二下风电场减载调频备用功率计算结果表

步骤二、根据步骤一中得到的各个风电场的减载调频备用功率，确定系统中风电总减载调频备用功率；

具体地，根据步骤一得到的风电场一和风电场二的减载调频备用功率结果，计算得到系统中风电总减载调频备用功率ΔP_WP，其中，系统中风电总减载调频备用功率ΔP_WP的计算公式为；

由公式2，可以计算得到系统在风速工况一下的风电调频减载备用功率为18.3MW，在在风速工况二下的风电调频减载备用功率为13.5MW。

步骤三、根据步骤二中得到的风电总减载调频备用功率，结合系统所有发电机组有功出力水平，确定系统风电调频能力状态；

具体地，步骤三中，若由步骤二得到系统中风电总减载调频备用功率，结合系统总有功出力水平，确定系统风电调频能力状态。系统风电调频能力状态界定方法为：

若计算系统风电调频能力模式界定系数ζ大于h％，判定系统处于风电高调频能力模式，否则，判定系统处于风电低调频能力模式，系统风电调频能力模式界定系数ζ的定义为：

式中，ΔP_WP代表系统风电总调频减载备用功率，∑P_W代表风火联合系统中风电总有功出力，∑P_G代表风火联合系统中火电总有功出力。

根据步骤二得到的系统中风电总减载调频备用功率ΔP_WP，结合系统中风电场一、风电场二有功出力情况，火电机组一和火电机组二的有功出力情况，计算系统风电调频能力模式界定系数ζ，确定系统中风电调频能力状态。

本算例中，若系统风电调频能力模式界定系数ζ大于4％，判定系统处于风电高调频能力模式，否则，判定系统处于风电低调频能力模式；

系统在风速工况一下时，风电场一有功出力为100MW，风电场二有功出力为50MW，火电厂一有功出力为125MW，火电厂二有功出力为100MW，由式3，可以计算得到系统风电调频能力模式界定系数ζ为4.88％，大于4％，此时系统处于风电高调频能力模式。

系统在风速工况二下时，风电场一有功出力为84MW，风电场二有功出力为43MW，火电厂一有功出力为248MW，火电厂二有功出力为260MW，由式3，可以计算得到系统风电调频能力模式界定系数ζ为2.13％，小于4％，此时系统处于风电低调频能力模式。

步骤四、根据步骤三得到的系统风电调频能力状态，设定系统中火电机组的调频参数，主要包括火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2和调频死区f_DZ；

具体地，步骤四中，系统中火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2的确定方法为：

系统中火电机组调频死区f_DZ的确定方法为：

根据步骤三得到的系统中风电调频能力状态，设定系统中调频火电机组的调频参数，主要包括调频系数σ_G和调频死区f_DZ，当系统处于风电高调频能力模式时，设定系统中火电机组调频系数σ_G＝0.05、调频死区f_DZ＝±0.05Hz；当系统处于风电低调频能力模式时，设定系统中火电机组调频系数σ_G＝0.03、调频死区f_DZ＝±0.033Hz；

如图4所示为风电高调频能力运行状态、系统频率处于正常调控状态下所述方法的仿真效果图，对比将火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2分别设定为0.03、0.04和0.05工况下，系统频率响应情况与发电机组有功出力情况，可知：当风电调频能力比较强时，将火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2设定为0.03时，虽然可以改善系统频率响应特性，但是却不能发挥风电的调频能力；将火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2设定为0.05时，风电机组调频能力得到充分释放，系统频率特性也依然可以维持在49.8Hz范围内，减轻了火电机组调频压力。

如图5所示为风电低调频能力运行状态下所述方法的仿真效果图。风电处于低调频能力运行状态。如图5所示，此时风电调频备用功率较少，对系统频率支撑效果较差，若将火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2设定较大，系统将面临调频能力不足的风险，为了保证系统的频率稳定安全，当风电调频能力较低时，将火电机组的正常模式火电机组调频系数σ_G2设定为0.03，主要由火电机组承担系统频率支撑任务。

步骤五、若检测到系统频差Δf大于0.2Hz时，系统进入紧急频率调控模式，此时立即调整火电机组深度参与系统一次调频。

具体地，步骤五中，系统处于紧急频率调控状态时，火电机组的紧急模式火电机组调频系数σ_G1的确定方法为：

σ_G1＝0.03,|f-f_N|＞0.02Hz 公式5，

其中，f为系统频率测量值，f_N为系统额定频率，|f-f_N|为频差。

并且，为保证系统频率稳定安全，步骤五中火电机组调差系数设定的优先级高于步骤四。

具体地，步骤五、若检测到系统频差Δf大于0.2Hz时，系统进入紧急频率调控模式，此时立即将系统中火电机组的紧急模式火电机组调频系数σ_G1设定为0.03，令火电机组进行深度参与系统一次调频。

如图6所示，为风电高调频能力运行状态、系统频率处于紧急调控状态下所提方法的仿真效果图，对比设定火电机组的调差系数为0.05恒定不变和检测到系统处于紧急频率调控模式时，将火电机组的紧急模式火电机组调频系数σ_G1调调整为0.03，两种控制方法下系统频率变化情况与各个发电机组的的有功出力情况，可知：在此风速工况下，风电调频能力虽然比较强，但由于系统功率缺额较大，风电将所有调频备用功率都调用之后，系统频率依然跌落至较低水平，此时，为了减小系统功率缺额，火电机组也需要发挥最大调频潜力，在系统频率越过正常调控限值时将火电机组的紧急模式火电机组调频系数σ_G1调整为0.03，系统频率最低点由49.67提升49.73，更有助于扰动后系统频率恢复。

Claims (8)

1.风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一、根据各个风电机组的风电机组减载调频备用功率，计算得到各风电场的风电场减载调频备用功率；并根据各风电场的风电场减载调频备用功率，计算得到风火联合系统的风电总减载调频备用功率；

风火联合系统中风电场的数量为至少一个，且一个风电场中包括至少一台风电机组；

步骤二、根据所述风电总减载调频备用功率，确定所述风火联合系统的风电调频能力状态；

步骤三、检测风火联合系统的频差；并且，当频差大于频差阈值时，风火联合系统进入并保持工作在紧急频率调控模式下；否则，风火联合系统工作在正常频率调控模式下；

当风火联合系统工作在紧急频率调控模式下时，选择预先设定的紧急模式火电机组调频系数，以及根据所述风电调频能力状态选择预先设定的火电机组调频死区；并通过所述紧急模式火电机组调频系数和所述火电机组调频死区对风火联合系统进行一次调频协调控制；

当风火联合系统工作在正常频率调控模式下时，根据所述风电调频能力状态选择预先设定的正常模式火电机组调频系数和火电机组调频死区；通过所述正常模式火电机组调频系数和所述火电机组调频死区对风火联合系统进行一次调频协调控制；

步骤三中，紧急模式火电机组调频系数为：

σ_G1＝0.03,|f-f_N|＞0.02Hz

其中，f为系统频率测量值，f_N为系统额定频率，|f-f_N|为频差；

步骤三中，正常模式火电机组调频系数为：

其中，h％为界定系数阈值。

2.根据权利要求1所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，所述频差阈值为0.2Hz。

3.根据权利要求1所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，步骤一中，各风电场的风电场减载调频备用功率为：

其中，ΔP_{WP_j}为第j个风电场的风电场减载调频备用功率，j＝1,2,3……；i为第j个风电场中风电机组的序数，i＝1,2,3……,n_j；n_j为风电场j中风电机组的总台数；ΔP_{WT_i}为第j个风电场中第i台风电机组的风电机组减载调频备用功率。

4.根据权利要求3所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，步骤一中，风火联合系统的风电总减载调频备用功率为：

其中，m为风火联合系统中风电场的数量。

5.根据权利要求4所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，步骤二中的风电调频能力状态通过风电调频能力模式界定系数确定：

当所述风电调频能力模式界定系数ζ大于界定系数阈值时，判定系统处于风电高调频能力模式；否则，判定系统处于风电低调频能力模式；

所述风电调频能力模式界定系数为：

其中，∑P_W为风火联合系统中风电机组的总有功出力，∑P_G为风火联合系统中火电机组的总有功出力。

6.根据权利要求1所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，界定系数阈值为4％。

7.根据权利要求1或6所述的风火联合系统一次调频协调控制方法，其特征在于，步骤三中的火电机组调频死区为：

8.风火联合系统一次调频协调控制系统，其特征在于，包括存储介质和处理器；

所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求7所述的方法。

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