CN114142489A - 高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，包括：将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的改进SFR模型；基于建立的模型，由电网频率估计主蒸汽压力的变化，以估计的主蒸汽压力代替实际火电机组的主蒸汽压力，基于主蒸汽压力增发风电功率，以辅助火电机组进行一次调频，弥补由主蒸汽压力下降引起的机械功率减少量。

Description

高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法
技术领域
本发明属于电网调频技术领域，尤其涉及高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着新能源的占比越来越高，一方面由于光伏和双馈风机通过逆变器并网，导致电网中的转动惯量降低；另一方面由于一部分火电机组停运，导致电网中火电机组的蓄热随之减少，旋转备用和一次调频能力降低。当电网中发生大功率扰动时，功率的不平衡加剧，频率下降的速度更快，幅度更大，剩余火电机组的一次调频任务变重，容易出现蓄热不足的问题。
火电机组的一次调频一般不考虑锅炉动态，假定主蒸汽压力为额定值并保持恒定，忽略了蓄热动态对一次调频的影响。在高比例新能源电网中，由于蓄热减少，发生功率扰动时，剩余火电机组承担的功率缺额变多，主蒸汽流量动态可能发生明显变化，有必要考虑蓄热动态的对一次调频的影响。在一些大功率扰动事故中，蓄热动态是影响一次调频的一个重要因素，例如2005年12月15日龙政直流和2015年9月19日的宾金直流双极闭锁事故中，蓄热不足导致电网频率进一步下降。
针对蓄热动态对一次调频过程的影响，文献“王蕊,刘肇旭,宋新立,孙华东.基于Matlab的大型火电机组一次调频特性仿真[J].电网技术,2009,33(14):42-46.”考虑锅炉、CCS、汽轮机以及发电机等设备对电力系统运行的影响，建立了比较精确的电力系统全过程仿真模型，但是模型复杂，需要大量的计算资源。文献“L.Gao and Y.Dai,"A New LinearModel of Fossil Fired Steam Unit for Power System Dynamic Analysis,"in IEEETransactions on Power Systems,vol.26,no.4,pp.2390-2397,Nov.2011,doi:10.1109/TPWRS.2011.2146284”对锅炉模型进行线性化建模和降阶简化，建立了单台燃煤机组的六阶一次调频模型，阶数仍然较高。文献“Zhang,H.,Zhang,Y.,Xie,Y.and Ma,C.(2020),Extending SFR model to incorporate the influence of thermal states on primaryfrequency response.IET Gener.Transm.Distrib.,14:4069-4078.”忽略锅炉的燃料补充环节，对线性化锅炉进一步简化降阶，建立了考虑锅炉热状态的拓展SFR模型，但是模型中各参数物理意义不够明确，不利于简化等值。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，改进模型并修改调频策略，所建模型能够有效描述蓄热动态及可能出现的一次调频蓄热不足等现象，所提策略能够在提高火电机组主蒸汽压力的同时，提高频率最低点和频率恢复速度。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，包括：
将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的改进SFR模型；
基于建立的模型，计算频率变化量和频率变化率，生成需要增发的调频功率增量，通过改变风电的功率指令值，令风电参与调频。
进一步的技术方案，生成需要增发的调频功率增量包括：风电机组从并网点获取电网频率，通过电网频率变化估计火电机组的主蒸汽压力，基于主蒸汽压力变化得到需要增发风电功率；和
风电机组从并网点获取电网频率，通过计算频率变化率，以频率变化率和定下垂系数之和作为新的变垂系数，按变下垂系数计算需要增发的风电功率。
进一步的技术方案，还包括：考虑到火电机械功率的滞后，令风电下垂控制中的下垂系数随频差以先小后大的形式变化，先减少出力提升火电机组的机械功率响应速度，后增加出力以提升频率最低点。
进一步的技术方案，用频率变化率对下垂系数进行了修正，当频率变化率较大时增加下垂系数以增大风电出力，提高频率最低点，当频率变化率较小时，减小下垂系数以保证风机的安全运行。
进一步的技术方案，风电按照ΔPM′的形式增发功率以辅助火电机组进行一次调频：
Figure BDA0003359322780000031
进一步的技术方案，在估计由主蒸汽压力变化引起的机械功率变化时，认为主蒸汽流量变化量近似等于机械功率的变化量。
进一步的技术方案，所述改进SFR模型分别用四个一阶惯性环节等值，基于对于N台火电机组的电网，汽包炉机组有M台，B为汽包炉集合，直流炉机L台，O为直流炉集合，获得模型的等值参数。
进一步的技术方案，对汽包炉和直流炉的模型进行简化处理，推导主蒸汽压力与汽门开度的关系式，建立考虑主蒸汽压力影响的简化一次调频模型，基于一次调频模型建立改进SFR模型；
优选的，建立改进SFR模型为：
首先，简化锅炉模型，忽略燃煤动态和直流炉的中间点温度变化，推导出频率变化与主蒸汽压力变化的关系式；
然后建立考虑主蒸汽压力变化的一次调频模型，考虑到主蒸汽压力变化对主蒸汽流量的影响并结合汽轮机模型，建立频率变化与机械功率变化的关系式；
最后建立改进的SFR模型，通过多台机的一次调频模型的PADE近似处理，将多台机简化成单机，将简化等值后的一次调频模型和转子运动方程结合，得到功率缺额和频率变化的关系。
第二方面，公开了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频系统，包括：
一次调频模型建立模块，被配置为：将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的一次调频模型；
风火协同调频模块，被配置为：基于建立的模型，计算频率变化量和频率变化率，生成需要增发的调频功率增量，通过改变风电的功率指令值，令风电参与调频。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明考虑到高比例新能源电网下主蒸汽压力对一次调频过程的影响，基于传统SFR模型，建立了考虑蓄热动态的改进SFR模型。改进SFR模型表明文中场景的一次调频动态与主蒸汽压力的动态变化相关，基于此，针对蓄热系数过小引起的机械功率损失问题，提出了风火协同调频策略，通过估计系统的主蒸汽压力，增发风电出力，补偿机械功率损失；同时考虑到火电机械功率的滞后，令风电下垂控制中的下垂系数随频率变化率以先大后小的形式变化，前期增加出力提升火电机组的机械功率滞后，后期稳定出力以保证风机运行安全。
本发明在DIgSILENT中进行仿真验证，仿真结果表明所建模型能够有效描述蓄热动态及可能出现的一次调频蓄热不足等现象，所提策略能够在提高火电机组主蒸汽压力的同时，提高频率最低点和频率恢复速度。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为传统SFR模型；
图2为汽包炉机组的一次调频模型；
图3为本发明实施例改进SFR模型；
图4为本发明实施例频率响应对比图；
图5为本发明实施例误差对比图；
图6为本发明实施例等值效果图；
图7为本发明实施例频率响应图；
图8为本发明实施例流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
高比例新能源电网中，随着同步机数量的减少，电网转动惯量和一次调频能量降低，相同功率缺失下电网频率跌落速度和幅度均增大，主蒸汽流量动态可能发生明显变化，并可能导致蓄热量支撑不足的情况。传统SFR模型忽略了较慢的锅炉蓄热动态，认为主蒸汽压力不变，仅保留了再热器的动态，将无法有效描述上述场景的蓄热动态及一次调频效果。由此，本发明提出了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法。
名词解释：SFR为“System Frequency Response”的缩写，中文为：电力系统频率响应模型。
实施例一
参见附图8所示，本实施例公开了高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，包括：
首先考虑到锅炉系统内压力的变化趋势相同且传递很快，而且主蒸汽压力是决定主蒸汽流量大小的因素之一，将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，基于传统SFR模型，考虑蓄热支撑能力建立了考虑蓄热动态的改进SFR模型。
其次，考改进SFR模型表明蓄热系数过小会引起主蒸汽压力的明显下降，从而导致机械功率明显下降，基于此，提出风火协同调频策略，通过估计系统的主蒸汽压力，增发风电出力以补偿机械功率损失；同时考虑到火电机械功率的滞后，令风电下垂控制中的下垂系数随频差以先小后大的形式变化，前期减少出力提升火电机组的机械功率响应速度，后期增加出力以提升频率最低点。
为了更好的说明本申请的技术方案，首先介绍传统SFR模型存在的问题：
火电机组一次调频的过程为：电网中发生功率缺额引起频率变化后，火电机组调节汽门，引起锅炉中的蒸汽流量输出增加，增加的主蒸汽流量进入到汽轮机做功。文献“P.M.Anderson and M.Mirheydar,"A low-order system frequency response model,"in IEEE Transactions on Power Systems,vol.5,no.3,pp.720-729,Aug.1990,doi:10.1109/59.65898.Mello F P De.Boiler models for system performance studies[J].IEEE Trans on Power System,1991,6(1):66-73.”中提出的传统SFR模型对上述过程的建模过程如下。
电网频率变化后，汽门调节量ΔuT为
Figure BDA0003359322780000071
上式中，Δf为电网频率的变化量，R为火电机组的调差系数。
假设电网中蓄热支撑能力足够强，主蒸汽压力保持额定值并维持不变，则主蒸汽流量的变化量Δms为
Δms＝ΔuTKm (2)
上式中Km为机械功率获得系数。
增加的主蒸汽流量进入到汽轮机做功，输出的机械功率变化量ΔPm为：
Figure BDA0003359322780000072
上式中FHP为高压缸做功比例，TR为再热器时间常数，假定全网的发电机联系足够紧密，频率动态一致，根据转子运动方程，电网中的频率变化量为：
Figure BDA0003359322780000073
上式中ΔPe为功率扰动量，H和D分别为全网发电机的等值惯性时间常数和阻尼系数。传统的SFR模型的框图如图1所示。
实际上，在高比例新能源电网中，由于风电机组替代了一部分火电机组，剩余火电机组的调频任务变重，其蓄热释放速度加快，对于蓄热支撑能力不够强的机组，主蒸汽压力将会产生明显下降，抑制主蒸汽流量的释放，假设主蒸汽压力维持额定值保持不变可能会带来较大的误差，需要考虑主蒸汽压力对主蒸汽流量释放的影响。
主蒸汽流量与调门开度和主蒸汽压力有关，主蒸汽流量计算式为：
ms＝uTpst (5)
上式中uT为调节阀的流通面积，pst为主蒸汽压力。
对式5的线性化的结果为：
Δms＝pst0ΔuT+uT0Δpst (6)
上式中下标0代表初始值。由上面的分析可知，在一次调频过程中主蒸汽压力的动态变化影响着主蒸汽流量的释放，进一步影响机械功率的输出。由于主蒸汽压力变化与锅炉的蓄热能力有关，而锅炉的非线性模型过于复杂，下面对汽包炉和直流炉的模型进行简化处理，推导主蒸汽压力与汽门开度的关系式，建立考虑主蒸汽压力影响的简化一次调频模型。
上述一次调频模型建立了电网频率变化量和火电机组机械功率变化量的关系，是改进SFR模型的基础。将多机的一次调频模型利用PADE近似简化等值成单机后，和式(4)联立就是改进SFR模型。
考虑主蒸汽压力的一次调频模型：
汽包炉模型发展至今已经比较成熟，IEEE工作组推荐的非线性汽包炉模型得到了广泛应用。文献“曾德良,赵征,陈彦桥,刘吉臻.500MW机组锅炉模型及实验分析[J].中国电机工程学报,2003(05):150-153.”采用该模型。将汽包炉动态分为汽包蓄热、过热器压降、过热器蓄热三部分，其核心方程如下所示：
Figure BDA0003359322780000081
Figure BDA0003359322780000082
Figure BDA0003359322780000083
上式中Pb为汽包压力，PT为主蒸汽压力，Qin为水冷壁吸收的热量，m为进入到过热器的流量，ms为高压调门喷出的主蒸汽流量，K为阻力系数，Cd为汽包的蓄热系数，Csh为过热器的蓄热系数。由于汽包中的工质为饱和水和饱和蒸汽，其温度与压力是一一对应的，所以汽包中的金属蓄热和工质蓄热是同步释放的，所以一次调频过程中锅炉的蓄热系数为金属蓄热系数和工质蓄热系数之和。
由于汽包蓄热系数和过热器蓄热系数大致为9：1的关系，所以在调门突增时，主蒸汽压力有一个快速下降然后与汽包压力变化趋于一致的过程。基于此，将主蒸汽压力响应分为短期响应和长期响应，由于汽包蓄热系数较大，短期认为汽包压力不变；由于过热器蓄热系数较小，所以长期响应忽略过热器蓄热动态，认为ms等于m。
对于短期的主蒸汽压力响应，对式8线性化后，如下式所示：
Figure BDA0003359322780000091
联立式6，式9，考虑到扰动前的电磁功率Pe0和m0的标幺值相等，主蒸汽压力的短期变化量Δpst1如下所示：
Figure BDA0003359322780000092
上式中
Figure BDA0003359322780000093
对于长期的主蒸汽压力响应，由于磨煤机的时间尺度较长，忽略蓄热补充环节，Qin保持恒定，对式7进行线性化后，汽包压力的变化量Δpb如下所示：
Figure BDA0003359322780000094
联立式6和式11可得主蒸汽压力的长期变化量Δpst2如下所示：
Figure BDA0003359322780000095
上式中
Figure BDA0003359322780000096
从上式中可以看出Δpst2的响应分为两部分，第一部分为一阶惯性环节，而第二部分由于忽略了过热器蓄热，其值与频率变化成比例。用Δpst1代替Δpst2响应的第二部分，使主蒸汽压力的响应既能考虑过热器蓄热又能维持稳态值不变，主蒸汽压力的响应如下式所式：
Figure BDA0003359322780000101
结合式1，3，6，14，可得汽包炉的一次调频模型即考虑主蒸汽压力的一次调频模型，如图2所示。
直流炉模型采用文献“田亮,练海晴,刘鑫屏,刘吉臻.直流锅炉蒸汽压力与中间点温度耦合特性分析[J].中国电机工程学报,2017,37(04):1142-1151.汽包锅炉的动态模型结构与负荷_压力增量预测模型_曾德良”中的模型，该模型将直流炉汽水系统横向划分为传热区和容积区，传热区发生金属吸热及其向汽水工质换热的过程，描述金属管道温度的动态，容积区发生汽水工质与金属换热及其通过调门放热过程，描述工质压力的动态。该模型的核心方程为：
Figure BDA0003359322780000102
Figure BDA0003359322780000103
hm＝k2tm-k3pm+k4 (17)
上式中hm为中间点焓值，tm为中间点温度，Qin为锅炉吸收的热量，qw为给水量，pm为中间点压力，ms为主蒸汽流量，k1，k2，k3，k4为拟合系数.Cm为金属蓄热系数，Cw为直流炉的工质蓄热系数。
金属蓄热的释放与中间点温度变化有关，而在一次调频过程中，为保证锅炉的安全，控制系统维持中间点温度稳定，抑制了金属蓄热的释放；另一方面，由于直流炉没有汽包，所以工质较少，工质在吸收金属蓄热后温度变化明显，金属与工质的温差减少，进一步抑制了金属蓄热的释放。基于上述分析，一次调频过程中直流炉仅释放工质蓄热。
假定一次调频过程中中间点温度保持不变，并忽略蓄热补充环节，对式15线性化后，中间点压力的变化量Δpm如下式所示：
Figure BDA0003359322780000111
类比汽包炉一次调频模型，忽略过热器蓄热系数，并将中间点压力等效为汽包压力，由式11,12可得，主蒸汽压力的变化量Δpst如下所示：
Figure BDA0003359322780000112
上式中
Figure BDA0003359322780000113
直流炉和汽包炉的一次调频模型具有一样的形式，但是由于直流炉本身蓄热较少，且一次调频过程中仅释放工质蓄热，所以相对于汽包炉，容易发生蓄热不足的问题。
火电机组的改进SFR模型：
上面得到的是单机的直流炉和汽包炉的一次调频模型，改进的SFR模型首先将多台机的一次调频模型利用PADE近似，简化等值成一台机，然后将这台等值机的一次调频模型和等值后的转子运动方程(如式4所示)联立，得到改进的SFR模型。
由式6和式14可得，汽包炉和直流炉的主蒸汽流量变化量如下所示。
Figure BDA0003359322780000114
上式中
Figure BDA0003359322780000115
由式20可知，改进SFR模型的调差系数与扰动前的主蒸汽压力和调门开度有关。改进SFR的主蒸汽流量不再与调门开度成比例关系，而是与锅炉的蓄热系数有关，蓄热系数越大，对主蒸汽流量的支撑能力越强。
结合式1，3机械功率的变化量为
Figure BDA0003359322780000121
对于不同的机组来说，TR和Cd不同，所以模型的阶数随着机组数量的增加而增加，为降低模型的复杂度，需要将多机模型等值简化为单机模型。
将上式变换为多个一阶惯性环节相加的形式，可以写为：
Figure BDA0003359322780000122
Figure BDA0003359322780000123
Figure BDA0003359322780000124
Figure BDA0003359322780000125
Figure BDA0003359322780000126
对于多个一节惯性环节
Figure BDA0003359322780000127
其Pade近似后如下式所示
Figure BDA0003359322780000128
考虑到再热时间常数、直流炉蓄热系数、汽包炉蓄热系数和过热器蓄热系数相差较大，为使等值后模型具有一定精度，分别用
Figure BDA0003359322780000129
Figure BDA00033593227800001210
四个一阶惯性环节等值，对于N台火电机组的电网，汽包炉机组有M台，B为汽包炉集合，直流炉机L台，O为直流炉集合，其等值参数计算如下所示：
Figure BDA0003359322780000131
Figure BDA0003359322780000132
Figure BDA0003359322780000133
Figure BDA0003359322780000134
Figure BDA0003359322780000135
结合式4，改进SFR模型的框图如图3所示。
首先，简化锅炉模型，忽略燃煤动态和直流炉的中间点温度变化，推导出频率变化与主蒸汽压力变化的关系式；
然后建立考虑主蒸汽压力变化的一次调频模型，考虑到主蒸汽压力变化对主蒸汽流量的影响并结合汽轮机模型，建立频率变化与机械功率变化的关系式。
最后建立改进的SFR模型，通过多台机的一次调频模型的PADE近似处理，将多台机简化成单机，将简化等值后的一次调频模型和转子运动方程结合，得到功率缺额和频率变化的关系。
风火协同调频策略包括：弥补蓄热不足的风电蓄热补偿调频策略，以及考虑机械功率滞后的风电变下垂系数调频策略。
变下垂系数调频策略考虑到再热器的滞后导致蓄热释放后的做功响应速度过慢，在调频初期快速释放功率以提高频率最低点。
弥补蓄热不足的风电蓄热补偿调频策略弥补主蒸汽压力下降引起的机械功率响应不足，用以提高调频后期的频率。
关于弥补蓄热不足的风电蓄热补偿调频策略：
由推导出的改进SFR模型可知，由于直流炉机组的蓄热系数较小，蓄热支撑能力不足会造成主蒸汽压力下降过快，由此导致机械功率的明显下降。为弥补此部分的机械功率损失，考虑到风电机组只能感知电网中的频率信息，无法获取火电机组内部的主蒸汽压力信息，所以由电网频率估计主蒸汽压力的变化，以估计的主蒸汽压力代替实际火电机组的主蒸汽压力，并依据主蒸汽压力增发风电功率，进行风电调频策略的设计。
式14和式19已经推导出了主蒸汽压力的变化量，为进一步简化，考虑到汽包炉的蓄热支撑能力较强，蓄热系数较大(120～180s)，在一次调频的时间尺度下，汽包炉的汽包压力变化较小，而直流炉在一次调频过程中能利用的蓄热较少，中间点的压力变化较大；另外过热器蓄热较少，所以忽略过热器蓄热。综上所述，估计的主蒸汽压力变化量如下所示：
Figure BDA0003359322780000141
上式各参数的含义与前文一致。
由于相对于主蒸汽流量动态，再热器动态较快，所以在估计由主蒸汽压力变化引起的机械功率变化时，认为主蒸汽流量变化量近似等于机械功率的变化量，基于以上分析，联立式24，由主蒸汽压力下降引起的机械功率减少量为：
Figure BDA0003359322780000142
上式中
Figure BDA0003359322780000143
为了得到全网直流炉的等值ΔPM′，同样可以对上式进行PADE等值降阶处理，如下式所示。
Figure BDA0003359322780000151
Figure BDA0003359322780000152
Figure BDA0003359322780000153
Figure BDA0003359322780000154
令风电按照ΔPM′的形式增发功率以辅助火电机组进行一次调频，弥补由主蒸汽压力下降引起的机械功率减少量，以解决直流炉的蓄热支撑能力不足的问题。
考虑机械功率滞后的风电变下垂系数调频策略：
在电网中出现功率缺额时，由于再热时间常数的影响，火电机组的机械功率总是滞后于汽门开度的变化，导致机械功率不能快速增加以平衡功率缺额，频率最低值低于稳态值，延长了频率稳定的时间。为提高频率最低点，风电模拟同步机下垂控制，在调频前期迅速增发功率，但是由于风电的下垂控制前期迅速增发功率，造成火电机组调门开度减小，加重了机械功率的滞后。基于上述分析，以频差作为下垂系数，提出考虑机械功率滞后的变下垂控制策略。
本策略将风电的下垂系数由常数修改为下式：
Figure BDA0003359322780000155
上式中Kw、Kset为设定值，与传统下垂控制不同的是，用频率变化率对下垂系数进行了修正，当频率变化率较大时，说明此时的不平衡功率较大，需要增加下垂系数以增大风电出力，提高频率最低点；当频率变化率较小时，说明此时的功率接近平衡，减小下垂系数以保证风机的安全运行。综上所述，风火协同调频的策略为：
Figure BDA0003359322780000161
基于上述策略，风电通过获取电网中的直流炉机组的参数(包括工质蓄热系数、阻力系数、出力情况、主蒸汽压力，额定容量)，计算参数Cw′、cw1和cw0。
然后设置调频参数Kw和Kset。
最后，风电从并网点获取电网频率，计算频率变化量和频率变化率，生成需要增发的调频功率增量，通过改变风电的功率指令值，令风电参与调频。
仿真验证：
在simulink中搭建单机的锅炉、汽轮机、发电机、机炉系统控制系统的模型，传统SFR模型以及改进的SFR模型，测试模型简化的精确度。模型参数如下所示：
表1模型参数表
Figure BDA0003359322780000162
令机组在10s时受到16.7％的功率扰动，各模型的频率响应如图4所示。
由上图4可以看出，传统SFR模型无论是频率最低点还是稳态频率都与原模型相差较大，而改进SFR模型与原模型几乎重合，说明简化方法具有一定的精度，验证了简化模型的有效性。
由于直流炉和汽包炉的蓄热系数相差较大，所以令蓄热系数分别取不同值，以检验模型对蓄热系数的适应性，得到的频率最低点相对误差曲线如图5所示。
从上图5可以看出，无论是传统SFR模型，还是改进SFR模型，其相对误差均随着蓄热系数的增大而降低。改进SFR模型能够一直维持最低点的相对误差在较低水平(低于0.7％)，相对于传统SFR模型大大提高了准确度。
在10机39节点电网中进行仿真实验，所有火电机组模型均配备锅炉模型，其中汽包炉机组5台，直流炉机组3台，验证改进SFR模型等值的正确性和有效性。
从图6可以看出，简化等值模型在求取电网频率响应时，能和电网模型的频率响应保持一致，且仍具有一定的精度。
利用10机39节点的改进SFR模型进行风电调频策略的设计与验证，在原有电网的基础上增加桨距角减载的风电机组，分别采用本文提出的调频策略和传统的下垂控制对比，其频率响应如图7所示。
从图7可以看出，变下垂系数控制和蓄热补偿的方式能够在提高频率最低点的同时，快速恢复频率，并维持频率稳定，避免了因为蓄热不足引发的频率二次跌落问题。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频系统，包括：
一次调频模型建立模块，被配置为：将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的一次调频模型；
风火协同调频模块，被配置为：基于建立的模型，由电网频率估计主蒸汽压力的变化，以估计的主蒸汽压力代替实际火电机组的主蒸汽压力，基于主蒸汽压力增发风电功率，以辅助火电机组进行一次调频，弥补由主蒸汽压力下降引起的机械功率减少量。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，包括：
将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的改进SFR模型；
基于建立的模型，计算频率变化量和频率变化率，生成需要增发的调频功率增量，通过改变风电的功率指令值，令风电参与调频。
2.如权利要求1所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，还包括：考虑到火电机械功率的滞后，令风电下垂控制中的下垂系数随频差以先小后大的形式变化，先减少出力提升火电机组的机械功率响应速度，后增加出力以提升频率最低点。
3.如权利要求1所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，用频率变化率对下垂系数进行了修正，当频率变化率较大时增加下垂系数以增大风电出力，提高频率最低点，当频率变化率较小时，减小下垂系数以保证风机的安全运行。
4.如权利要求1所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，生成需要增发的调频功率增量包括：风电机组从并网点获取电网频率，通过电网频率变化估计火电机组的主蒸汽压力，基于主蒸汽压力变化得到需要增发风电功率；和
风电机组从并网点获取电网频率，通过计算频率变化率，以频率变化率和定下垂系数之和作为新的变垂系数，按变下垂系数计算需要增发的风电功率。
5.如权利要求1所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，在估计由主蒸汽压力变化引起的机械功率变化时，认为主蒸汽流量变化量近似等于机械功率的变化量。
6.如权利要求1所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，所述改进SFR模型分别用四个一阶惯性环节等值，基于对于N台火电机组的电网，汽包炉机组有M台，B为汽包炉集合，直流炉机L台，O为直流炉集合，获得模型的等值参数。
7.如权利要求6所述的高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频方法，其特征是，对汽包炉和直流炉的模型进行简化处理，推导主蒸汽压力与汽门开度的关系式，建立考虑主蒸汽压力影响的简化一次调频模型，基于一次调频模型建立改进SFR模型；
优选的，建立改进SFR模型为：
首先，简化锅炉模型，忽略燃煤动态和直流炉的中间点温度变化，推导出频率变化与主蒸汽压力变化的关系式；
然后建立考虑主蒸汽压力变化的一次调频模型，考虑到主蒸汽压力变化对主蒸汽流量的影响并结合汽轮机模型，建立频率变化与机械功率变化的关系式。
最后建立改进的SFR模型，通过多台机的一次调频模型的PADE近似处理，将多台机简化成单机，将简化等值后的一次调频模型和转子运动方程结合，得到功率缺额和频率变化的关系。
8.高比例新能源电网考虑蓄热动态的风火协同调频系统，其特征是，包括：
一次调频模型建立模块，被配置为：将主蒸汽压力是作为描述锅炉蓄热状态和蓄热动态的关键参数，建立考虑主蒸汽压力的一次调频模型；
风火协同调频模块，被配置为：基于建立的模型，计算频率变化量和频率变化率，生成需要增发的调频功率增量，通过改变风电的功率指令值，令风电参与调频。
9.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。
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