CN113644697A - 一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统，该方法包括以下步骤：获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制，提高了水火电机组控制效率，从而提高水火电机组的动态控制品质。

Description

一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统，属于电力系统自动发电控制技术领域。

背景技术

中国能源资源与消费分布不平衡，西南地区为水电资源的集中地带，清洁能源技术可开发总量达到10亿千瓦，呈现出水电集散环网向外大规模输送的形势。与此同时，由于煤炭资源丰富，中国电网的火电比重较大，存在着水火共存的现象，火电机组和水电机组的调节性能差异大，亟待实现两者的互补协调控制。

现有研究集中在结合日前、日内发电计划与自动发电控制(AGC，AutomaticGeneration Control)机组在时序上进行协调，如将满足火电机组主要采用跟踪发电计划曲线的方式，水电机组参与日常有功功率实时平衡控制。除了在时间段上考虑水火电机组控制的协调配合还可以考虑从空间上将二者的控制目标解耦,水电机组依然承担频率及省际间联络线调整,火电机组在考虑安全约束的前提下对区域内部重要的稳定断面进行监控。机组跟踪区域内某些指定的稳定断面,使其尽可能多送功率而又不超过指定的断面极限。在这种控制方式的基础上可实现区域内部的分层、分区控制。

综上所述，现有水火电协调控制策略主要关注于发电计划和AGC的结合，深入到AGC调节阶段缺乏研究和实践，尤其是考虑大规模水电送出特征的电网结构下，如何有效修正调节量达到保障重要水电断面安全稳定运行的目的。因此，需要提供一种考虑多重安全约束的水火协调的有功功率解耦控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统，通过对有功功率控制需求的有效解耦，适应水火电机组的不同调节特性，以提高水火电机组控制效率和电网日常运行平稳性。

为了达到上述目的，本发明提出了一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，

获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；

分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；

按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；

利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个有功功率控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制。

进一步地，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时，限制部分水电机组增加输电断面功率的调节行为；

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时，降低部分水电机组发电功率。

进一步地，区域控制偏差ACE的计算公式如下：

E_ACE＝-10B(f_a-f_s)+(P_a-P_s) (1)

式中，E_ACE为电网ACE；B为电网的频率偏差系数；f_a为电网实际频率；f_s为电网计划频率；P_a为电网对外联络线实际潮流总和；P_s为电网对外联络线总计划值。

进一步地，火电机组和水电机组的有功功率控制模型均包括以下约束条件：

水电机组、火电机组输出功率的可调节范围约束为：

p_L,i＜p_g,i＜p_H,i (2)

式中，p_L,i为机组i可调范围下限；p_g,i为机组i实际出力；p_H,i为机组i可调范围上限；

水电控制组、火电控制组的可调节容量为：

式中，R_up,u为控制组u的向上调节总备用容量；N_u为控制组u内机组总数；R_dn,u为控制组u的向下调节总备用容量；

机组i关联的输电断面j的功率约束：

式中，S_L,j为输电断面潮流反向限额，为负值；S_j为输电断面实际潮流；M为关联同一输电断面机组总数；α_ij为机组i对应输电断面j的灵敏度系数；Δp_i为AGC机组待调节量；S_H,j为输电断面潮流正向限额，为正值。

进一步地，机组i实际出力p_g,i在可运行区间的判据为：

p_g,i＞p_max,i-p_db,i (5)

p_g,i＜p_min,i+p_db,i (6)

式中，p_max,i为机组i不可运行区间的上边界；p_db,i为机组i的调节死区；p_min,i为机组i不可运行区间的下边界。

进一步地，低通滤波算法为：

Y_t＝α·X_t+(1-α)·Y_t-1 (8)

式中，Y_t为本次滤波后输出值；α为滤波系数；X_t为本次待滤波的新采样值；Y_t-1为上次滤波后输出值；f_cut为截止频率；f_d为采样频率；Δt为信号更新周期；T_cut为滤波时间常数。

进一步地，两个有功功率控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，包括：

一个有功功率控制信号结合限幅环节分配至火电控制组，而另一个有功功率控制信号直接分配至水电控制组。

进一步地，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载，且监视到水电机组送出输电断面涉及到多个电压等级的嵌套送出结构时，采用低压到高压输电断面的计算顺序逐一进行安全校验，再进行水电机组发电功率的调节。

进一步地，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时，禁止所有正相关机组向上调节和所有负相关机组向下调节。

进一步地，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时，降低该输电断面相应的正相关机组的发电功率。

进一步地，所述方法还包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载的时间超过预定时间时，升高部分火电机组的发电功率，其中，所述降低部分水电机组发电功率和所述升高部分火电机组发电功率选择在电网频率设定的平稳时段进行容量置换。

进一步地，将与送出输电断面的灵敏度大于一定门槛值的机组作为正相关机组，将与送出输电断面的灵敏度低于一定门槛值的机组作为负相关机组，其他机组作为不相关机组。

进一步地，所述方法还包括：

控制水电机组送出输电断面的功率与负相关机组和不相关机组中的火电机组予以配对，选择配对的水、火电机组按照整体速率进行匹配，同一时间下发的减功率和增功率的调节量相等。

一种基于水火电协调的有功功率解耦控制系统，其特征在于，包括：

区域控制偏差计算模块：获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；

建模模块：分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；

控制组划分模块：按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；

解耦控制模块：利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；

功率控制模块：当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法和系统:通过利用低通滤波算法对电网有功功率控制需求在频域层面进行解耦，分离出的两个控制信号适配火电机组和水电机组各自的调节周期特点，提高整体控制效率和经济性，提高了水火电机组控制效率。

附图说明

上述仅是本发明技术内容的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，几下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本实施例一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法的水火电跟踪ACE不同周期信号示意图。

图2是本实施例一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法的重要输电断面越限校正控制过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明公开了一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，包括下列步骤：

步骤1：获取省级电网频率和对外联络线功率运行数据，计算省级电网在联络线频率偏差控制(tie-line frequency bias control，TBC)模式下有功功率控制需求，即区域控制偏差(area control error，ACE)的计算公式如下：

E_ACE＝-10B(f_a-f_s)+(P_a-P_s) (1)

式中，E_ACE为省级电网ACE；B为控制区的频率偏差系数；f_a为电网实际频率；f_s为电网计划频率，一般取50Hz；P_a为控制区对外联络线实际潮流总加；P_s为控制区对外联络线总计划值。

步骤2：分别建立水火电机组可调节范围约束、水火电资源控制组可调节容量以及机组关联重要输电断面的有功功率控制模型。

步骤3：按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中。

步骤4：在ACE控制方面，利用低通滤波算法将控制需求ACE解耦成两个有功功率波动周期信号，分别分配至水电和火电控制组，后执行AGC正常控制。

步骤5：当省级电网内部主要水电机组送出输电断面出现重载和过载现象，执行水火电机组协调配合方式下的输电断面安全预防与校正控制。

更进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法采用TBC模式下ACE的计算方法，能够真实反映出省级电网有功功率控制需求。

更进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，安全约束包括以下：

水火电机组输出功率的可调节范围约束为：

p_L,i＜p_g,i＜p_H,i (2)

式中，p_L,i为机组i可调范围下限；p_g,i为机组i实际出力；p_H,i为机组i可调范围上限。

水火电资源控制组可调节容量：

式中，R_up,u为控制组u的向上调节总备用容量；N_u为控制组u内机组总数；R_dn,u为控制组u的向下调节总备用容量。

水电机组在可运行区间的判据：

p_g,i＞p_max,i-p_db,i (5)

p_g,i＜p_min,i+p_db,i (6)

式中，p_max,i为机组i不可运行区间的上边界；p_db,i为机组i的调节死区；p_min,i为机组i不可运行区间的下边界。

机组i关联重要输电断面j的功率约束：

式中，S_L,j为断面潮流反向限额，为负值；S_j为断面实际潮流；M为关联同一断面机组总数；α_ij为机组i对应断面j的灵敏度系数，也可人工简化设置为0、-1或1；Δp_i为AGC机组待调节量；S_H,j为断面潮流正向限额，为正值。

请参照图1所示，分离波动周期为30秒至一分钟和一分钟至2分钟的有功功率控制需求分量，按照所述发电类型将水电和火电机组划分为不同控制组，可用于接收到不同比例的控制需求量。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，低通滤波方法在实际软件中得以实施，通过以下方式。

低通数字滤波器实现方式为：

Y_t＝α·X_t+(1-α)·Y_t-1 (8)

式中：Y_t为本次滤波后输出值；α为滤波系数；X_t为本次待滤波的新采样值；Y_t-1为上次滤波后输出值；f_cut为截止频率；f_d为采样频率；Δt为信号更新周期；T_cut为滤波时间常数。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，所述的有功功率解耦控制通过ACE经过火电低通滤波和限幅环节分配至火电控制组；ACE经过水电低通滤波、限幅和减扣环节分配至水电控制组。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，所述通过监视主要输电断面功率情况，采用低压到高压断面的计算顺序逐一进行安全校验，然后对机组调节方向予以限制。

参照图2所示，水电机组送出输电断面重载时，所述执行水火电机组协调配合方式下的输电断面安全预防与校正控制，禁止所有正相关机组向上调节和所有负相关机组向下调节；当长时间过载越限需要通过正、反向同时调节转移水电站间或水火电间的负荷时，选择在电网频率平稳时段进行容量置换，将断面功率从越限状态直接控制到正常状态，将预警状态作为缓冲带。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，所述执行水火电机组协调配合方式下的输电断面安全预防与校正控制时，基于准稳态灵敏度计算结果，将比输电断面的灵敏度大于一定门槛值的作为正相关机组，将比输电断面的灵敏度低于一定门槛值的作为负相关机组，其他机组作为不相关机组。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，所述输电断面处于过载状态，正相关机组进行减功率调节；与此同时，配对同样的负相关和不相关机组进行增出力调节。

进一步具体来说，一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，所述控制水电机组送出输电断面的功率需要火电机组予以配对，具体在执行水火电机组协调配合方式下的输电断面安全预防与校正控制时，选择的水火电机组按照整体速率进行匹配，同一时间下发的减功率和增功率调节量应当相等。

通过等效速率配对水火电机组，能够在电网运行平稳的情况下快速降低输电断面越限程度，减轻调度人员的日常运行压力，从而提高电网运行效率，提升电网的安全稳定运行能力。

实施例2

本实施例公开了一种基于水火电协调的有功功率解耦控制系统，包括：

区域控制偏差计算模块：获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；

建模模块：分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；

控制组划分模块：按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；

解耦控制模块：利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；

功率控制模块：当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制。

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。

Claims (14)

1.一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，

获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；

分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；

按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；

利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个有功功率控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时，限制部分水电机组增加输电断面功率的调节行为；

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时，降低部分水电机组发电功率。

3.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，区域控制偏差ACE的计算公式如下：

E_ACE＝-10B(f_a-f_s)+(P_a-P_s) (1)

式中，E_ACE为电网ACE；B为电网的频率偏差系数；f_a为电网实际频率；f_s为电网计划频率；P_a为电网对外联络线实际潮流总和；P_s为电网对外联络线总计划值。

4.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，火电机组和水电机组的有功功率控制模型均包括以下约束条件：

水电机组、火电机组输出功率的可调节范围约束为：

p_L,i＜p_g,i＜p_H,i (2)

式中，p_L,i为机组i可调范围下限；p_g,i为机组i实际出力；p_H,i为机组i可调范围上限；

水电控制组、火电控制组的可调节容量为：

式中，R_up,u为控制组u的向上调节总备用容量；N_u为控制组u内机组总数；R_dn,u为控制组u的向下调节总备用容量；

机组i关联的输电断面j的功率约束：

式中，S_L,j为输电断面潮流反向限额，为负值；S_j为输电断面实际潮流；M为关联同一输电断面机组总数；α_ij为机组i对应输电断面j的灵敏度系数；Δp_i为AGC机组待调节量；S_H,j为输电断面潮流正向限额，为正值。

5.根据权利要求4所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，机组i实际出力p_g,i在可运行区间的判据为：

p_g,i＞p_max,i-p_db,i (5)

p_g,i＜p_min,i+p_db,i (6)

式中，p_max,i为机组i不可运行区间的上边界；p_db,i为机组i的调节死区；p_min,i为机组i不可运行区间的下边界。

6.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，低通滤波算法为：

Y_t＝α·X_t+(1-α)·Y_t-1 (8)

式中，Y_t为本次滤波后输出值；α为滤波系数；X_t为本次待滤波的新采样值；Y_t-1为上次滤波后输出值；f_cut为截止频率；f_d为采样频率；Δt为信号更新周期；T_cut为滤波时间常数。

7.根据权利要求6所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，两个有功功率控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，包括：

一个有功功率控制信号结合限幅环节分配至火电控制组，而另一个有功功率控制信号直接分配至水电控制组。

8.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载，且监视到水电机组送出输电断面涉及到多个电压等级的嵌套送出结构时，采用低压到高压输电断面的计算顺序逐一进行安全校验，再进行水电机组发电功率的调节。

9.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载时，禁止所有正相关机组向上调节和所有负相关机组向下调节。

10.根据权利要求1所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时进行水电机组有功功率控制，包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载时，降低该输电断面相应的正相关机组的发电功率。

11.根据权利要求2所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现过载的时间超过预定时间时，升高部分火电机组的发电功率，其中，所述降低部分水电机组发电功率和所述升高部分火电机组发电功率选择在电网频率设定的平稳时段进行容量置换。

12.根据权利要求9或10所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，将与送出输电断面的灵敏度大于一定门槛值的机组作为正相关机组，将与送出输电断面的灵敏度低于一定门槛值的机组作为负相关机组，其他机组作为不相关机组。

13.根据权利要求12所述的一种基于水火电协调的有功功率解耦控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

控制水电机组送出输电断面的功率与负相关机组和不相关机组中的火电机组予以配对，选择配对的水、火电机组按照整体速率进行匹配，同一时间下发的减功率和增功率的调节量相等。

14.一种基于水火电协调的有功功率解耦控制系统，其特征在于，包括：

区域控制偏差计算模块：获取电网频率和对外联络线功率运行数据，计算电网在联络线频率偏差控制模式下区域控制偏差ACE；

建模模块：分别建立火电机组和水电机组的有功功率控制模型；

控制组划分模块：按照发电类型将电网内部所有水电机组和所有火电机组分别划分在火电控制组和水电控制组之中；

解耦控制模块：利用低通滤波算法将ACE解耦成两个有功功率控制信号，两个控制信号分别分配至水电控制组和火电控制组，再分别对应结合水电机组和火电机组有功功率控制模型，执行自动发电控制AGC正常控制；

功率控制模块：当电网内部设定的水电机组送出输电断面出现重载或过载时进行水电机组有功功率控制。

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