CN113872223A - 一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置，电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，其中方法包括：当系统有功功率发生波动时，通过主导型发电机组进行主动一次调频；判断系统频率是否位于预设范围内；如是，则判定系统频率符合运行要求；如否，则依次通过主导型发电机组和跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节。通过将控制区电力电子发电机组划分为不同类型，同时将频率划分为不同的区间，每一种类型的发电机组在对应频率区间承担相应的调频任务，该方法可为区域级百分百新能源电力系统频率稳定控制提供参数整定原则与调频依据，为该类型电力系统稳定运行提供频率保障。

Description

一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，特别涉及一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置。

背景技术

随着新能源发电的快速发展，电力系统网架结构正在发生巨大的变化，区域级百分百新能源电力系统已经出现，这种电力系统没有火力、水力发电等旋转机组，全区域发电机组均为以电力电子变换器为接口的新能源发电机组，为了防止功率波动造成系统崩溃，该类型电力系统多采用基于下垂控制原理的频率可调运行模式，在这种运行模式下系统频率可直接反映有功功率波动程度，为系统稳定控制策略提供依据。

在该类型电力系统中，可对系统频率产生影响的发电机组类型较多，一般有运行于有功/无功(P/Q)控制模式的光伏机组和风电机组，有运行于有功/无功(P/Q)控制模式的储能机组，有运行于电压/频率(V/F)控制模式的储能机组，也有既可运行于P/Q模式又可运行于V/F模式的能量路由器机组，甚至有可运行于V/F模式的光伏与风电机组。

V/F模式发电机组为电力系统创建频率，其输出功率的波动程度决定了系统频率的变化程度，系统频率的波动影响P/Q模式发电机组的输出功率，而P/Q模式发电机组的输出功率又反过来影响V/F模式发电机组的输出功率，因此多类型发电机组增大了电力系统频率影响因素，提高了系统频率稳定控制的难度与复杂度。

因此亟需为该区域级百分百新能源电力系统制定科学合理的调频方法与调频参数整定原则，对系统内多类型发电机组的调频任务进行合理分配，保障系统安全稳定运行，提高新能源并网接入的友好性，为提升新能源发电消纳能力提供技术支撑。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置，通过将控制区电力电子发电机组划分为不同类型，同时将频率划分为不同的区间，每一种类型的发电机组在对应频率区间承担相应的调频任务，该方法可为区域级百分百新能源电力系统频率稳定控制提供参数整定原则与调频依据，为该类型电力系统稳定运行提供频率保障。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法，所述电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括如下步骤：

当系统有功功率发生波动时，通过所述主导型发电机组进行主动一次调频；

判断系统频率是否位于预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节。

进一步地，所述依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节，包括：

按照所述反向线性关系，通过所述主导型发电机组对所述系统频率进行调节；

判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节。

进一步地，所述通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节之后，还包括：

在所述跟随型发电机组调节所述系统频率后，判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则通过所述主导型发电机组进行二次调频，使所述系统频率恢复至额定值，实现所述系统频率的无差调节。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置，所述电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括：

一次调频模块，其用于当系统有功功率发生波动时，通过所述主导型发电机组进行主动一次调频；

频率判断模块，其用于判断系统频率是否位于预设范围内；

调频控制模块，其用于在所述系统频率位于预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

所述调频控制模块还用于所述系统频率位于预设范围之外时，依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节。

进一步地，所述调频控制模块包括：

第一调频单元，其用于按照所述反向线性关系，通过所述主导型发电机组对所述系统频率进行调节；

第一判断单元，其用于判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

第一控制单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

第二调频单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围之外时，通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节。

进一步地，所述调频控制模块还包括：

第二判断单元，其用于在所述跟随型发电机组调节所述系统频率后，判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

第二判断单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

第三调频单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围之外时，通过所述主导型发电机组进行二次调频，使所述系统频率恢复至额定值，实现所述系统频率的无差调节。

相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过将控制区电力电子发电机组划分为不同类型，同时将频率划分为不同的区间，每一种类型的发电机组在对应频率区间承担相应的调频任务，该方法可为区域级百分百新能源电力系统频率稳定控制提供参数整定原则与调频依据，为该类型电力系统稳定运行提供频率保障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的应用场景示意图；

图2是本发明实施例提供的调频原理—有功/频率下垂控制原理示意图；

图3是本发明实施例提供的调频区间及参数示意图；

图4是本发明实施例提供的调频方法逻辑示意图；

图5是本发明实施例提供的区域级百分百新能源电力系统示意图；

图6是本发明实施例提供的运行工况一调频效果波形图；

图7是本发明实施例提供的运行工况二调频效果波形图；

图8是本发明实施例提供的运行工况三调频效果波形图；

图9是本发明实施例提供的针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置模块框图；

图10是本发明实施例提供的调频控制模块框图。

附图标记：

1、一次调频模块，2、频率判断模块，3、调频控制模块，31、第一调频单元，32、第一判断单元，33、第一控制单元，34、第二调频单元，35、第二判断单元，36、第二判断单元，37、第三调频单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图3和图4，本发明实施例的第一方面提供了一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法，电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括如下步骤：

步骤S100，当系统有功功率发生波动时，通过主导型发电机组进行主动一次调频。

步骤S200，判断系统频率是否位于预设范围内。

步骤S300，如是，则判定系统频率符合运行要求。

步骤S400，如否，则依次通过主导型发电机组和跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节。

本发明针对区域级百分百新能源电力系统的调频需求，提出一种调频方法与调频参数整定原则，为该类型电力系统频率稳定控制提供技术支撑，适用应用场景如图1所示，针对区域级百分百新能源电力系统的调频原理基于如图2所示的有功-频率下垂控制原理，发电机组的有功功率与输出电压的频率成反向线性关系，即有功功功率增加，频率降低，否则反之。

当有功功率波动引起变化后的频率在可接收范围内时通过图2所示下垂曲线进行一次调频(有差调节)；当有功功率波动引起变化后的频率超出可接受范围时通过改变图2中基准功率P0进行二次调频(无差调节)。在图2中，f_max为频率上限，f_min为频率下限，P_max为调频容量上限，P_min为调频容量下限，P₀为基准功率，k为调频系数，

P-P₀＝-k(f-f₀)。

发电机组类型与调频任务划分具体原则如表1所示。

表1 发电机组类型与调频任务划分原则

将控制区发电机组划分为两类：主导型发电机组与跟随型发电机组。

主导型发电机组通过并联方式进行组网并建立系统频率，系统频率变化反映了系统内有功功率波动的程度，因此主导型发电机组的调频任务一是主动一次调频，即基于有功-频率下垂控制原理，根据功率波动程度建立对应的系统频率，为其他类型发电机组参与调频提供依据；二是当系统频率偏差较大时进行二次调频，使频率恢复至额定值，实现频率的无差调节。

跟随型发电机组通过并网方式接入系统并提供有功功率，同时根据系统频率的变化调整自身输出有功功率，因此跟随型发电机组的调频任务为辅助一次调频，即基于有功-频率下垂控制原理，根据系统频率主动调整输出有功功率，为系统频率调节提供功率支撑。

如图3所示为本专利调频区间及参数示意图，将系统频率分为A区(含A-与A+)与B区(含B-与B+)，各区间均规定了相应的调频容量上下限、频率上下限以及调差率等，图3中各调频区间内的调频参数含义及整定原则如表2所示，其中Pn为机组额定容量，K为调频系数，K与调差率σ％的关系已列于表中。

表2 调频参数含义及整定原则

进一步地，步骤S400中，依次通过主导型发电机组和跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节，包括：

步骤S410，按照反向线性关系，通过主导型发电机组对系统频率进行调节。

步骤S420，判断系统频率是否位于预设范围内。

步骤S430，如是，则判定系统频率符合运行要求。

步骤S440，如否，则通过跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节。

进一步地，步骤S440，通过跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节之后，还包括：

步骤S450，在跟随型发电机组调节系统频率后，判断系统频率是否位于预设范围内。

步骤S460，如是，则判定系统频率符合运行要求。

步骤S470，如否，则通过主导型发电机组进行二次调频，使系统频率恢复至额定值，实现系统频率的无差调节。

下面，以一个区域级百分百新能源电力系统的具体应用场景为例对本发明的技术方案做进一步的说明：

如图5所示，区域级百分百新能源电力系统由1台4端口、装机容量60MW、DC/AC端口运行于V/F模式的能量路由器作为上一级电网与该电力系统的功率枢纽通道，新能源出力大于负荷时盈余功率一部分由储能机组吸收，一部分通过能量路由器上送至上一级电网；新能源出力小于负荷时亏缺功率一部分由储能机组提供，一部分通过能量路由器从上一级电网获取，30台单机容量500kW的V/F储能机组并联运行，并与能量路由器并联组网建立110kV母线电压与频率，100台单机容量500kW的P/Q光伏机组、25台单机容量2MW的P/Q风电机组分别并网接入110kV母线，该区域级百分百新能源电力系统年平均新能源上送功率为30MW。

根据表1所述发电机组类型与调频任务划分原则，将实施示例中区域级百分百新能源电力系统发电机组类型及调频任务划分如表3所示。

表3 实施示例系统发电机组类型与调频任务划分

根据表2所述调频参数整定原则，整定实施示例系统调频参数如表4所示，同时鉴于能量路由器具有功率双向调节能力，为考虑工程实施的可行性与便捷性，规定功率下行时的调频参数与功率上行时保持一致。

表4 实施示例系统调频参数

如图6～图8所示为应用本专利方法后该区域级百分百新能源电力系统的调频效果波形，具体分析如下：

1)运行工况一：在1s时功率扰动0.8％，主导型发电机组启动主动一次调频后频率为50.0139Hz，属于图3中A区频率范围，符合系统运行要求，无需启动跟随型发电机组进行辅助一次调频；

2)运行工况二：在1s时功率扰动4％，主导型发电机组启动主动一次调频后频率为50.07132Hz，属于图3中B区频率范围，不符合系统运行要求，于是在1.5s时跟随型发电机组启动辅助一次调频，频率恢复至50.03759Hz，属于图3中A区范围，符合系统运行要求；

3)运行工况三：在1s时功率扰动20％，主导型发电机组启动主动一次调频后频率为50.3584Hz，属于图3中B区频率范围，不符合系统运行要求，在1.5s时跟随型发电机组启动辅助一次调频，频率恢复至50.188Hz，依然属于B区范围，因此在2s时主导型发电机组启动二次调频，频率恢复至49.9998Hz，实现了频率的无差调节。

由图5～图7可知，应用本专利技术后，可在不同运行工况下提供有效的调频策略，保证系统频率控制在合理范围，为区域级百分百新能源电力系统的稳定运行提供频率保障。

相应地，请参照图9，本发明实施例的第二方面提供了一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置，电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括：一次调频模块1、频率判断模块2和调频控制模块3。其中，一次调频模块1用于当系统有功功率发生波动时，通过主导型发电机组进行主动一次调频；频率判断模块2用于判断系统频率是否位于预设范围内；调频控制模块3用于在系统频率位于预设范围内时，判定系统频率符合运行要求；调频控制模块3还用于系统频率位于预设范围之外时，依次通过主导型发电机组和跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节。

进一步地，请参照图10，调频控制模块3包括：第一调频单元31、第一判断单元32、第一控制单元33和第二调频单元34。其中，第一调频单元31用于按照反向线性关系，通过主导型发电机组对系统频率进行调节；第一判断单元32用于判断系统频率是否位于预设范围内；第一控制单元33用于在系统频率位于预设范围内时，判定系统频率符合运行要求；第二调频单元34用于在系统频率位于预设范围之外时，通过跟随型发电机组按照反向线性关系对系统频率进行调节。

进一步地，调频控制模块3还包括：第二判断单元35、第二判断单元36和第三调频单元37。第二判断单元35用于在跟随型发电机组调节系统频率后，判断系统频率是否位于预设范围内；第二判断单元36用于在系统频率位于预设范围内时，判定系统频率符合运行要求；第三调频单元37用于在系统频率位于预设范围之外时，通过主导型发电机组进行二次调频，使系统频率恢复至额定值，实现系统频率的无差调节。

相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

本发明实施例旨在保护一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法及装置，具备如下效果：

通过将控制区电力电子发电机组划分为不同类型，同时将频率划分为不同的区间，每一种类型的发电机组在对应频率区间承担相应的调频任务，该方法可为区域级百分百新能源电力系统频率稳定控制提供参数整定原则与调频依据，为该类型电力系统稳定运行提供频率保障。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法，其特征在于，所述电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括如下步骤：

当系统有功功率发生波动时，通过所述主导型发电机组进行主动一次调频；

判断系统频率是否位于预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节。

2.根据权利要求1所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法，其特征在于，所述依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节，包括：

按照所述反向线性关系，通过所述主导型发电机组对所述系统频率进行调节；

判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节。

3.根据权利要求2所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法，其特征在于，所述通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节之后，还包括：

在所述跟随型发电机组调节所述系统频率后，判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

如是，则判定所述系统频率符合运行要求；

如否，则通过所述主导型发电机组进行二次调频，使所述系统频率恢复至额定值，实现所述系统频率的无差调节。

4.一种针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置，其特征在于，所述电力系统包括：主导型发电机组和跟随型发电机组，包括：

一次调频模块，其用于当系统有功功率发生波动时，通过所述主导型发电机组进行主动一次调频；

频率判断模块，其用于判断系统频率是否位于预设范围内；

调频控制模块，其用于在所述系统频率位于预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

所述调频控制模块还用于所述系统频率位于预设范围之外时，依次通过所述主导型发电机组和所述跟随型发电机组按照反向线性关系对所述系统频率进行调节。

5.根据权利要求4所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置，其特征在于，所述调频控制模块包括：

第一调频单元，其用于按照所述反向线性关系，通过所述主导型发电机组对所述系统频率进行调节；

第一判断单元，其用于判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

第一控制单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

第二调频单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围之外时，通过所述跟随型发电机组按照所述反向线性关系对所述系统频率进行调节。

6.根据权利要求5所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频装置，其特征在于，所述调频控制模块还包括：

第二判断单元，其用于在所述跟随型发电机组调节所述系统频率后，判断所述系统频率是否位于所述预设范围内；

第二判断单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围内时，判定所述系统频率符合运行要求；

第三调频单元，其用于在所述系统频率位于所述预设范围之外时，通过所述主导型发电机组进行二次调频，使所述系统频率恢复至额定值，实现所述系统频率的无差调节。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-3任一所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-3任一所述的针对区域级百分百新能源电力系统的调频方法。

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