CN113746113B - 一种基于分频的火储联合调频系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于分频的火储联合调频系统，包括：负荷偏差计算子系统，用于接收AGC信号，计算负荷偏差，得出区域偏差信号；频率分配子系统，用于对区域偏差信号进行分频，基于离散傅里叶变换，将杂乱或不平衡的功率波形信号分解成已知目标谐波函数，并将频率信号分为三个频段，每个频段对应不同的频率；负荷分配子系统，用于接收不同频段的频率信号，根据火电机组的爬坡率不同采取不同的负荷分配策略，对负荷进行合理分配。本发明能够实现负荷的合理分配，优化火电机组的调频功能。

Description

一种基于分频的火储联合调频系统

技术领域

本发明涉及储能调频领域，尤其涉及一种基于分频的火储联合调频系统。

背景技术

近年来，随着世界经济的飞速发展和科学技术的不断进步，电力系统的需求也在不断地增长，国内外能源形势日益严峻。此外传统的化石燃料引起的环境污染问题也日益加剧，环境的持续恶化迫使我们不得不改变现有的能源模式，倡导使用清洁能源、谋求绿色可持续发展成为各个国家未来持续发展的主旋律。

由于新能源的发展，以光伏、风电为核心的新能源在近年来得到了跨越式的发展，新能源发电的装机并网容量及占比不断提升，这引起了包括新能源消纳和平抑风电波动在内的一系列问题，无疑增加了电力系统频率调整的负担。

在现阶段，常规火电机组依旧是电力系统的主要调频资源，尤其是火电机组是调频的中坚力量，然而火电机组本身对电网频率的变化响应速度慢，响应精度低，使得系统频率调整的供需矛盾进一步加剧。储能技术具备优异的调节性能，调节速度快，调节精度高，参与调频具有独特的优势，被认为是解决新能源消纳问题的关键技术，所以火储联合技术受到越来越多的关注。然而火储联合调频时，如何将自动发电控制(Automatic GenerationControl,AGC)信号较为合适地分配给火电机组和电化学储能是一个需要研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分频的火储联合调频系统，以实现负荷的合理分配，从而优化火电机组的调频功能。

本发明提供了一种基于分频的火储联合调频系统，包括：

负荷偏差计算子系统，用于接收AGC信号，计算负荷偏差，得出区域偏差信号；

频率分配子系统，用于对区域偏差信号进行分频，基于离散傅里叶变换，将杂乱或不平衡的功率波形信号分解成已知目标谐波函数，并将频率信号分为三个频段，每个频段对应不同的频率；

负荷分配子系统，用于接收不同频段的频率信号，根据火电机组的爬坡率不同采取不同的负荷分配策略，对负荷进行合理分配。

进一步地，所述负荷偏差计算子系统根据下式就算负荷偏差：

式中：

ΔPⁱ—第i时刻的负荷偏差量；

—第i时刻的AGC负荷；

—第i时刻的火电机组出力；

—第i时刻的电化学储能出力；

负荷偏差信号ΔPⁱ在经过一次拉普拉斯变换后转化为频率偏差信号Δf，其传递函数如下：

其中，M＝2H，H为发电机的惯性时间常数；D为负荷的阻尼系数；

将频率偏差信号Δf转化为区域偏差信号ACE，公式如下：

ACE＝B*Δf (2)

式中，ACE—区域偏差信号；

B—区域系统的频率偏差系数；

Δf—频率偏差信号。

进一步地，所述频率分配子系统基于傅里叶变换对区域偏差信号进行分解，通过离散傅里叶变换及其逆变换将时间域信号转化到频率域，由此得到分解为不同谐波函数的乘积：

式中：X(k)表示经过DFT变换对应的频域序列；x(n)表示时域有限长序列；

由DFT性质可知，X(k)在复频域具有对称性，且可以找到其对称轴f＝T/2，后续计算过程中分析一半即可，故可转化为：

从上述序列中找2个点作为低中高频段的分界点P、Q，则[0，P]、[P，Q]、[Q，T/2]分别对应低、中、高频段；之后将序列拆成3段在缺位处补零，从而生成相应频段序列：

X_min(k)＝{0，…，0，X(P+1)，…，X(Q)，0，…，0，X(N-Q)，…，X(N-Q)，0，…，0，X(N-P-1)} (7)

X_high(k)＝{0，…，0，X（Q+1），…，X(N-P-1)，0，…，0} (8)。

进一步地，所述负荷分配子系统接收到不同频段的频率信号后，考虑火电机组的爬坡率α，MW/min，有如下限制：

α_lim-火电机组是否参与调频判断值；

当α＞α_lim时，火电机组有一定的能力参与调频，所述功率分配子系统根据各频段所占比例，对负荷进行分配，公式如下：

式中，X_low—低频分量对应频段；X_min—中频分量对应频段；X_high—高频分量对应频段；

其中，将高频分量所对应的负荷P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容；

将中频分量所对应的负荷P_min分配给容量相对较大但响应速度相对超级电容较慢的锂电池；

将低频分量所对应的负荷P_low所对应的功率分配给火电机组进行负荷响应。

当α≤α_lim时，火电机组的爬坡速度较慢，对于调频的帮助已经很小甚至还会导致自身的事故，此时，所述功率分配子系统改变负荷分配策略，将高频分量所对应的功率P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容，将中频分量和低频分量所对应的负荷P_min+P_low都交予锂电池进行负荷响应。

借由上述方案，通过基于分频的火储联合调频系统，能够实现负荷的合理分配，优化火电机组的调频功能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明基于分频的火储联合调频系统控制策略流程图；

图2是本发明一实施例中α>α_lim时的火储联合调频控制策略；

图3是本发明一实施例中α≤α_lim时的火储联合调频控制策略。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种基于分频的火储联合调频系统，包括：

负荷偏差计算子系统，用于接收AGC信号，计算负荷偏差，得出区域偏差信号(ACE)；

频率分配子系统，用于对区域偏差信号进行分频，基于离散傅里叶变换(DiscreteFourier Transform,DTF)，将杂乱或不平衡的功率波形信号分解成已知目标谐波函数，并将频率信号分为三个频段，每个频段对应不同的频率；

负荷分配子系统，用于接收不同频段的频率信号，根据火电机组的爬坡率不同采取不同的负荷分配策略，对负荷进行合理分配，从而优化火电机组的调频功能。

由图1流程图可知，所述负荷偏差计算子系统接收到电网侧的AGC信号后，在负荷偏差计算子系统中计算出此时的负荷偏差，计算式如下所示：

式中：

ΔPⁱ——第i时刻的负荷偏差量。

——第i时刻的AGC负荷。

——第i时刻的火电机组出力。

——第i时刻的电化学储能出力。

负荷偏差信号ΔPⁱ在经过一次拉普拉斯变换后转化为频率偏差信号Δf，其传递函数如下所示：

其中，M＝2H，H——发电机的惯性时间常数；D——负荷的阻尼系数。

再将频率偏差信号Δf转化为区域偏差信号ACE，公式如下所示：

ACE＝B*Δf (2)

式中，ACE——区域偏差信号。

B——区域系统的频率偏差系数。

Δf——频率偏差信号。

所述ACE信号在频率分配子系统中进行分解，通过傅里叶变换，对ACE信号进行分解，离散傅里叶变换及其逆变换将时间域信号转化到频率域，由此得到分解为不同谐波函数的乘积：

式中：X(k)表示经过DFT变换对应的频域序列；x(n)表示时域有限长序列。

由DFT性质可知，X(k)在复频域具有对称性，且可以找到其对称轴f＝T/2，后续计算过程中分析一半即可，故可转化为：

从上述序列中找2个点作为低中高频段的分界点P、Q，则[0，P]、[P，Q]、[Q，T/2]分别对应低、中、高频段；之后将序列拆成3段在缺位处补零，从而生成相应频段序列：

X_min(k)＝{0，…，0，X(P+1)，…，X(Q)，0，…，0，X(N-Q)，…，X(N-Q)，0，…，0，X(N-P-1)} (7)

X_high(k)＝{0，…，0，X(Q+1)，…，X(N-P-1)，0，…，0} (8)

所述功率分配子系统接收到不同频段的频率信号后，考虑火电机组的爬坡率α(MW/min)，有如下限制：

参图2所示。

(1)当α＞α_lim时，火电机组有一定的能力参与调频。所述功率分配子系统根据各频段所占比例，对负荷进行分配，公式如下所示：

其中，将高频分量所对应的负荷P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容，将中频分量所对应的负荷P_min分配给容量相对较大但响应速度相对超级电容较慢的锂电池，将低频分量所对应的负荷P_low所对应的功率分配给火电机组进行负荷响应。如图2所示。其中，AGC-P0＝ΔP，即负荷偏差；α——火电机组爬坡率；α_lim——火电机组是否参与调频判断值；X_low——低频分量对应频段；X_min——中频分量对应频段；X_high——高频分量对应频段。

(2)当α≤α_lim时，火电机组的爬坡速度较慢，对于调频的帮助已经很小甚至还会导致自身的事故，此时，所述功率分配子系统改变负荷分配策略，将高频分量所对应的功率P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容，将中频分量和低频分量所对应的负荷P_min+P_low都交予锂电池进行负荷响应。如图3所示。其中，AGC-P0＝ΔP，即负荷偏差；α——火电机组爬坡率；α_lim——火电机组是否参与调频判断值；X_low——低频分量对应频段；X_min——中频分量对应频段；X_high——高频分量对应频段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于分频的火储联合调频系统，其特征在于，包括：

负荷偏差计算子系统，用于接收AGC信号，计算负荷偏差，得出区域偏差信号；

频率分配子系统，用于对区域偏差信号进行分频，基于离散傅里叶变换，将杂乱或不平衡的功率波形信号分解成已知目标谐波函数，并将频率信号分为三个频段，每个频段对应不同的频率；

负荷分配子系统，用于接收不同频段的频率信号，根据火电机组的爬坡率不同采取不同的负荷分配策略，对负荷进行合理分配；

所述负荷偏差计算子系统根据下式就算负荷偏差：

式中：

ΔPⁱ—第i时刻的负荷偏差量；

—第i时刻的AGC负荷；

—第i时刻的火电机组出力；

—第i时刻的电化学储能出力；

负荷偏差信号ΔPⁱ在经过一次拉普拉斯变换后转化为频率偏差信号Δf，其传递函数如下：

其中，M＝2H，H为发电机的惯性时间常数；D为负荷的阻尼系数；

将频率偏差信号Δf转化为区域偏差信号ACE，公式如下：

ACE＝B*Δf (2)

式中，ACE—区域偏差信号；

B—区域系统的频率偏差系数；

Δf—频率偏差信号；

所述频率分配子系统基于傅里叶变换对区域偏差信号进行分解，通过离散傅里叶变换及其逆变换将时间域信号转化到频率域，由此得到分解为不同谐波函数的乘积：

式中：X(k)表示经过DFT变换对应的频域序列；x(n)表示时域有限长序列；

由DFT性质可知，X(k)在复频域具有对称性，且可以找到其对称轴f＝T/2，后续计算过程中分析一半即可，故可转化为：

从上述序列中找2个点作为低中高频段的分界点P、Q，则[0，P]、[P，Q]、[Q，T/2]分别对应低、中、高频段；之后将序列拆成3段在缺位处补零，从而生成相应频段序列：

X_min(k)＝{0，…，0，X(P+1)，…，X(Q)，0，…，0，X(N-Q)，…，X(N-Q)，0，…，0，X(N-P-1)} (7)

X_high(k)＝{0，…，0，X(Q+1)，…，X(N-P-1)，0，…，0} (8)；

所述负荷分配子系统接收到不同频段的频率信号后，考虑火电机组的爬坡率α，MW/min，有如下限制：

α_lim-火电机组是否参与调频判断值；

当α>α_lim时，火电机组有一定的能力参与调频，所述功率分配子系统根据各频段所占比例，对负荷进行分配，公式如下：

式中，X_low—低频分量对应频段；X_min—中频分量对应频段；X_high—高频分量对应频段；

其中，将高频分量所对应的负荷P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容；

将中频分量所对应的负荷P_min分配给容量相对较大但响应速度相对超级电容较慢的锂电池；

将低频分量所对应的负荷P_low所对应的功率分配给火电机组进行负荷响应；

当α≤α_lim时，火电机组的爬坡速度较慢，对于调频的帮助已经很小甚至还会导致自身的事故，此时，所述功率分配子系统改变负荷分配策略，将高频分量所对应的功率P_high分配给容量相对较小但响应速度响应较快的超级电容，将中频分量和低频分量所对应的负荷P_min+P_low都交予锂电池进行负荷响应。