CN114844064B - 双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置 - Google Patents

双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置，本发明通过对多个典型工况下的机组以转速和功率限制为约束进行调频参数优化，预先生成不同工况下的调频参数上限曲线，在调频过程中实时检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率，根据转速从上限曲线中获取相应的调频参数上限并根据频率偏差变化率调整其符号，由此获得调频参数，可以保证机组在不同状态下的稳定运行，可以最大程度利用机组的调频容量，使其在不同工况不同运行状态下均能具备良好的调频性能。

Description

双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置
技术领域
本发明涉及一种双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置，属于电力系统储能领域。
背景技术
双馈型变速抽水蓄能机组是近年来抽水蓄能机组领域的研究与建设热点。由于可在一定范围内实现变速运行，双馈型变速抽水蓄能机组不仅能够克服常规抽蓄机组因电机定速造成的效率较低问题，更是可以在抽水工况下连续调节功率，因此在不同工况均能参与电网调频。但由于双馈型变速抽水蓄能机组所采用的控制策略会导致机组转速与电网频率相解耦，机组无法自动参与电网频率调整，需要额外增加调频控制模块，挖掘机组在不同工况下的调频潜能。
现阶段双馈型变速抽水蓄能机组参与调频研究的展开大多沿用双馈风机的思路，由于双馈型变速抽水蓄能机组的运行状态变化较大，采用固定调频参数无法保证机组在不同状态下的稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法及装置，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，包括：
检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率；
响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线。
工况包括发电工况和抽水工况，预先生成不同工况调频参数上限曲线的过程包括：
在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，构建频率响应模型；
根据系统的频率响应模型，获得频率动态响应指标；其中，频率动态响应指标包括负荷扰动为阶跃变化时的最大频率偏差变化率、稳态频率偏差和最大频率偏差；
以最大频率偏差最小为目标，构建调频参数优化模型；
在不同工况下选取多个典型运行状态，采用粒子群算法求解调频参数优化模型，获得不同工况及不同运行状态下的调频参数上限；其中，在粒子群算法调用系统模型前，采用最大频率偏差变化率和稳态频率偏差对粒子进行筛选；
根据不同工况及不同运行状态下的调频参数上限，生成不同工况调频参数上限曲线。
在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，构建频率响应模型，包括：
在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，基于传统电网的低阶频率响应模型，将发电工况下因调频造成的附加功率变化量看作负的负荷变化量，将抽水工况下由于附加转速变化造成的功率变化量以及由调频造成的功率变化量之和看作负荷变化量，构建频率响应模型。
发电工况下，采用传统调频方法；
抽水工况的调频方法包括：
对频率偏差进行PD控制，生成附加转速指令和附加有功功率指令；
将附加有功功率指令和初始有功功率指令叠加，生成新的有功功率指令；
将新的有功功率指令传输给水泵水轮机的有功控制器，并根据新的有功功率指令和双馈型变速抽水蓄能机组运行水头，生成水泵水轮机的最优转速指令；
将最优转速指令和附加转速指令叠加，生成新的转速指令，并将新的转速指令作为变频器的控制目标。
频率响应模型为：
Figure 774655DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 331276DEST_PATH_IMAGE002
为负荷扰动，
Figure 189641DEST_PATH_IMAGE003
为火电机组输出功率改变量，
Figure 850430DEST_PATH_IMAGE004
为火电机组的等效 惯性时间常数，
Figure 976386DEST_PATH_IMAGE005
为等效阻尼系数，s为比例系数，
Figure 126745DEST_PATH_IMAGE006
为频率偏差，k为水泵输出功率曲线 在水泵最佳运行点处的斜率，
Figure 534724DEST_PATH_IMAGE007
为发电工况下传统调频的比例系数，
Figure 45208DEST_PATH_IMAGE008
为发电工况下传 统调频的微分系数，
Figure 41983DEST_PATH_IMAGE009
为抽水工况下有功处调频的微分系数，
Figure 848396DEST_PATH_IMAGE010
为抽水工况下有功处调 频的比例系数，
Figure 868305DEST_PATH_IMAGE011
为抽水工况下转速处调频的微分系数，
Figure 188340DEST_PATH_IMAGE012
为抽水工况下转速处调频的 比例系数。
负荷扰动为阶跃变化
Figure 774042DEST_PATH_IMAGE013
时的最大频率偏差变化率
Figure 344832DEST_PATH_IMAGE014
、稳态频率偏差
Figure 898042DEST_PATH_IMAGE015
和最大频率偏差
Figure 235482DEST_PATH_IMAGE016
为：
Figure 957582DEST_PATH_IMAGE017
Figure 355065DEST_PATH_IMAGE018
Figure 598833DEST_PATH_IMAGE019
其中：
中间变量
Figure 5544DEST_PATH_IMAGE020
，中间变量
Figure 316571DEST_PATH_IMAGE021
，
中间变量
Figure 727698DEST_PATH_IMAGE022
，
中间变量
Figure 740654DEST_PATH_IMAGE023
，
中间变量
Figure 701787DEST_PATH_IMAGE024
，中间变量
Figure 116588DEST_PATH_IMAGE025
，
中间变量
Figure 591561DEST_PATH_IMAGE026
，
中间变量
Figure 436021DEST_PATH_IMAGE027
，
中间变量
Figure 184534DEST_PATH_IMAGE028
，中间变量
Figure 968688DEST_PATH_IMAGE029
，
下标1表示发电工况下的参数，下标2表示抽水工况下的参数，K m 为火电机组的机械功率增益系数，R为调差系数，F H 为原动机高压缸的输出功率比例，T R 为原动机中压缸的再热时间常数。
采用最大频率偏差变化率和稳态频率偏差对粒子进行筛选包括：
若粒子对应的频率偏差变化率和稳态频率偏差均超过相应的阈值，则剔除该粒子。
调频参数优化模型为：
Figure 347717DEST_PATH_IMAGE030
其中，obj为目标函数，
Figure 85997DEST_PATH_IMAGE031
为最大频率偏差，
Figure 372622DEST_PATH_IMAGE032
为双馈型变速抽水蓄能机组的 转速，
Figure 11282DEST_PATH_IMAGE033
为
Figure 357950DEST_PATH_IMAGE034
的上限，
Figure 911422DEST_PATH_IMAGE035
为
Figure 516585DEST_PATH_IMAGE036
的下限，
Figure 760484DEST_PATH_IMAGE037
为双馈型变速抽水蓄能机组的输入/ 输出有功功率，
Figure 763206DEST_PATH_IMAGE038
为
Figure 928608DEST_PATH_IMAGE039
的上限。
双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频装置，包括：
检测模块：检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率；
自适应参数获取模块：响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法。
本发明所达到的有益效果：本发明预先生成不同工况调频参数上限曲线，通过实时检测的双馈型变速抽水蓄能机组转速、频率偏差和频率偏差变化率，从曲线中获取相应的调频参数上限，并将调频参数上限作为相应的调频参数上限，可以保证机组在不同状态下的稳定运行，可以最大程度利用机组的调频容量，使其在不同工况不同运行状态下均能具备良好的调频性能。
附图说明
图1为本发明方法的具体流程图；
图2为发电工况下的调频控制策略；
图3为抽水工况下的调频控制策略；
图4为频率响应模型原理图；
图5为仿真的系统模型；
图6为粒子群算法收敛情况；
图7 (a)为发电工况下的调频参数上限曲线；
图7 (b)为抽水工况下的调频参数上限曲线；
图8 (a)为次同步发电工况下的频率响应曲线；
图8 (b)为次同步发电工况下的有功功率响应曲线；
图8 (c)为次同步发电工况下的转速响应曲线；
图9 (a)为超同步发电工况下的频率响应曲线；
图9 (b)为超同步发电工况下的有功功率响应曲线；
图9 (c)为超同步发电工况下的转速响应曲线；
图10(a)为发电工况下的最大频率偏差对比图；
图10(b)为发电工况下的稳态频率偏差对比图；
图10(c)为发电工况下的频率稳定时间对比图；
图11 (a)为次同步抽水工况下的频率响应曲线；
图11 (b)为次同步抽水工况下的有功功率响应曲线；
图11 (c)为次同步抽水工况下的转速响应曲线；
图12 (a)为超同步抽水工况下的频率响应曲线；
图12 (b)为超同步抽水工况下的有功功率响应曲线；
图12 (c)为超同步抽水工况下的转速响应曲线；
图13(a)为抽水工况下的最大频率偏差对比图；
图13(b)为抽水工况下的稳态频率偏差对比图；
图13(c)为抽水工况下的频率稳定时间对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，包括以下步骤：
步骤1，检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率；
步骤2，响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线。
上述方法预先生成不同工况调频参数上限曲线，通过实时检测双馈型变速抽水蓄能机组转速、频率偏差和频率偏差变化率，从曲线中获取相应的调频参数上限，并将调频参数上限作为相应的调频参数上限，可以保证机组在不同状态下的稳定运行，可以最大程度利用机组的调频容量，使其在不同工况不同运行状态下均能具备良好的调频性能。
双馈型变速抽水蓄能机组的工况一般包括发电工况和抽水工况，在不同的工况 下，这里采用不同的调频控制策略，可以利用双馈型变速抽水蓄能机组的运行控制特性，使 其在不同工况下均能快速参与电网调频；调频控制策略具体见图2和3，图中
Figure 812163DEST_PATH_IMAGE040
为无功 功率指令，
Figure 441727DEST_PATH_IMAGE041
为实际无功功率，Z为导叶开度。
在发电工况下，构建图2的调频控制策略，在双馈型变速抽水蓄能机组采用功率优 先控制策略的基础上选用传统调频方法，将频率偏差
Figure 615351DEST_PATH_IMAGE042
通过PD控制器形成附加有功功率 指令
Figure 64787DEST_PATH_IMAGE043
，用公式可以表示为：
Figure 746173DEST_PATH_IMAGE044
，s为比例系数，
Figure 777714DEST_PATH_IMAGE045
为发电工况下传 统调频的比例系数，
Figure 637085DEST_PATH_IMAGE046
为发电工况下传统调频的微分系数。
在发电工况调频策略下，双馈型变速抽水蓄能机组的输出功率改变量可以表示为
Figure 823085DEST_PATH_IMAGE047
。
在抽水工况下，构建图3的调频控制策略，此时双馈型变速抽水蓄能机组采用转速优先控制策略，将转速作为变频器的控制目标实现快速调节，有功功率则由水泵处的有功控制器控制，为使机组在频率产生偏差后能够快速响应，抽水工况的调频方法具体可以如下：
11）对频率偏差
Figure 793315DEST_PATH_IMAGE048
进行PD控制（即将
Figure 882625DEST_PATH_IMAGE049
输入PD控制器），生成附加转速指令
Figure 116160DEST_PATH_IMAGE050
和附加有功功率指令
Figure 523876DEST_PATH_IMAGE051
，用公式可以表示为：
Figure 297797DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 241614DEST_PATH_IMAGE053
为抽水工况下有功处调频的微分系数，
Figure 442788DEST_PATH_IMAGE054
为抽水工况下有功处调频 的比例系数，
Figure 659837DEST_PATH_IMAGE055
为抽水工况下转速处调频的微分系数，
Figure 988182DEST_PATH_IMAGE056
为抽水工况下转速处调频的 比例系数。
12）将附加有功功率指令
Figure 239034DEST_PATH_IMAGE057
和初始有功功率指令
Figure 125957DEST_PATH_IMAGE058
叠加，生成新的有功功 率指令
Figure 337626DEST_PATH_IMAGE059
。
13）将新的有功功率指令
Figure 453350DEST_PATH_IMAGE060
传输给水泵水轮机的有功控制器，并根据新的有 功功率指令
Figure 870294DEST_PATH_IMAGE061
和双馈型变速抽水蓄能机组运行水头H，生成水泵水轮机的最优转速指令
Figure 413270DEST_PATH_IMAGE062
，具体将
Figure 722023DEST_PATH_IMAGE063
和H输入水泵水轮机的最佳运行点选择模块形成最优转速指令。
14）将最优转速指令
Figure 641438DEST_PATH_IMAGE064
和附加转速指令叠加
Figure 647309DEST_PATH_IMAGE065
，生成新的转速指令
Figure 626766DEST_PATH_IMAGE066
，并将新的转速指令作为变频器的控制目标，实现快速调节。
在抽水工况调频策略下，双馈型变速抽水蓄能机组的输入功率改变量不仅包括根 据频率偏差直接得到的附加有功功率，还包括由转速改变引起的有功功率变化。由于水泵 输出功率可以表示为有关转速的多项式，出于简化考虑，对其线性化得到转速变化
Figure 485132DEST_PATH_IMAGE067
引 起的有功功率变化量
Figure 942658DEST_PATH_IMAGE068
，其中，k为水泵输出功率曲线在水泵最佳运行点处的斜 率，由此得到双馈型变速抽水蓄能机组的输入功率改变量表示为
Figure 136791DEST_PATH_IMAGE069
。
因此在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，基于传统电网的低阶频率响应模型，将发电工况下因调频造成的附加功率变化量看作负的负荷变化量，将抽水工况下由于附加转速变化造成的功率变化量以及由调频造成的功率变化量之和看作负荷变化量，可以构建频率响应模型。
将双馈型变速抽水蓄能机组的功率改变量代入图4的频率响应模型，整理可得：
Figure 37882DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure 367232DEST_PATH_IMAGE071
为负荷扰动，
Figure 143296DEST_PATH_IMAGE072
为火电机组输出功率改变量，
Figure 608912DEST_PATH_IMAGE073
为火电机组的等效 惯性时间常数，
Figure 680905DEST_PATH_IMAGE074
为等效阻尼系数。
基于上述模型公式，可获得负荷扰动为阶跃变化时的最大频率偏差变化率、稳态频率偏差和最大频率偏差等频率动态响应指标，具体如下：
设置负荷扰动
Figure 700813DEST_PATH_IMAGE075
为阶跃变化
Figure 749409DEST_PATH_IMAGE076
，最大频率偏差变化率
Figure 600691DEST_PATH_IMAGE077
为：
Figure 843584DEST_PATH_IMAGE078
基于终值定理可获得的稳态频率偏差
Figure 459111DEST_PATH_IMAGE079
为：
Figure 62131DEST_PATH_IMAGE080
经过拉普拉斯反变换并通过求取极值可获得的最大频率偏差
Figure 518651DEST_PATH_IMAGE081
为：
Figure 181714DEST_PATH_IMAGE082
其中：
中间变量
Figure 443060DEST_PATH_IMAGE083
，中间变量
Figure 584192DEST_PATH_IMAGE084
，
中间变量
Figure 895218DEST_PATH_IMAGE085
，
中间变量
Figure 463603DEST_PATH_IMAGE086
，
中间变量
Figure 991405DEST_PATH_IMAGE087
，中间变量
Figure 936227DEST_PATH_IMAGE088
，
中间变量
Figure 101761DEST_PATH_IMAGE089
，
中间变量
Figure 949369DEST_PATH_IMAGE090
，
中间变量
Figure 715199DEST_PATH_IMAGE091
，中间变量
Figure 948866DEST_PATH_IMAGE092
，
下标1表示发电工况下的参数，下标2表示抽水工况下的参数，K m 为火电机组的机械功率增益系数，R为调差系数，F H 为原动机高压缸的输出功率比例，T R 为原动机中压缸的再热时间常数。
以最大频率偏差最小为目标，调频过程中双馈型变速抽水蓄能机组的转速及有功功率始终不超出允许限值为约束条件，可以构建以下调频参数优化模型：
Figure 687015DEST_PATH_IMAGE093
其中，obj为目标函数，
Figure 846469DEST_PATH_IMAGE094
为最大频率偏差，
Figure 99596DEST_PATH_IMAGE095
为双馈型变速抽水蓄能机组的 转速，
Figure 136953DEST_PATH_IMAGE096
为
Figure 526346DEST_PATH_IMAGE097
的上限，
Figure 128141DEST_PATH_IMAGE098
为
Figure 602985DEST_PATH_IMAGE099
的下限，
Figure 506350DEST_PATH_IMAGE100
为双馈型变速抽水蓄能机组的输入/ 输出有功功率，
Figure 999517DEST_PATH_IMAGE101
为
Figure 782665DEST_PATH_IMAGE102
的上限。
在不同工况下选取多个典型运行状态，采用粒子群算法求解调频参数优化模型，获得不同工况及不同运行状态下的调频参数上限。
为了提高优化效率，需要对传统粒子群算法进行改进，具体根据最大频率偏差变化率和稳态频率偏差的表达式，在调用系统模型前对粒子进行初步筛选，从而提高初始种群质量，从而提高算法的收敛速度；其中，筛选的原则为：若粒子对应的最大频率偏差变化率和稳态频率偏差均超过相应的阈值，则剔除该粒子。
改进的粒子群算法调用系统模型，计算粒子群的个体及全局最优适应度值，由此对粒子进行速度及位置更新，往复循环直到满足终止条件，所得优化结果即为调频参数上限。
在发电和抽水工况下分别选取多个典型运行状态，利用改进粒子群算法得到不同工况及运行状态下的调频参数上限，即不同转速及有功功率下的调频参数上限，并进行插值处理。由于双馈型变速抽水蓄能机组具有最佳运行点追踪功能，其转速与有功功率一一对应，最终可以绘制得到发电和抽水工况下的转速与调频参数上限之间的关系曲线，即生成不同工况调频参数上限曲线。
上述不同工况调频参数上限曲线可预先离线生成，基于该曲线可在线实时自适应变参数调频控制，过程如图1所示：
1）在机组运行过程中，实时检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速
Figure 495537DEST_PATH_IMAGE103
、频率偏差
Figure 327227DEST_PATH_IMAGE104
和频率偏差变化率
Figure 674901DEST_PATH_IMAGE105
。
2）若频率偏差超出死区，
Figure 628950DEST_PATH_IMAGE106
，转至3），否则，本 周期结束，转至下一计算周期，该周期一般为T s ，即调频参数每隔T s 调整一次。
3）根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上 限；发电工况下，获取
Figure 829119DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 995658DEST_PATH_IMAGE108
的上限，在抽水工况下，获取
Figure 463417DEST_PATH_IMAGE109
、
Figure 401417DEST_PATH_IMAGE110
、
Figure 72570DEST_PATH_IMAGE111
和
Figure 817367DEST_PATH_IMAGE112
的上 限。
4）若
Figure 890365DEST_PATH_IMAGE113
大于等于0，那么微分系数上限取正值，即发电工况下的
Figure 874632DEST_PATH_IMAGE114
上限， 抽水工况下的
Figure 298661DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure 56270DEST_PATH_IMAGE116
上限；若
Figure 249354DEST_PATH_IMAGE117
小于0，那么微分系数上限取负值，即发电工况 下的
Figure 201260DEST_PATH_IMAGE118
上限，抽水工况下的
Figure 424169DEST_PATH_IMAGE119
和
Figure 736202DEST_PATH_IMAGE120
上限；在上述两种情况下，比例系数上限无需调 整。
将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数，实现了调频参数的自适应调整。
上述方法通过离线生成不同工况调频参数上限曲线，在调频过程中实时查询曲线来自适应调整调频参数，可以使机组在全调频阶段寻找适应其运行状态的参数，从减小最大频率偏差和稳态频率偏差、以及缩短频率恢复时间等角度提高机组的调频能力。
为了验证上述方法，在PSCAD/EMTDC平台上搭建如图5所示的一台双馈型变速抽水蓄能机组接入四机两区系统的仿真模型（即上述的系统模型），图5中G1、G2、G3、G4分别表示一台发电机，通过设置负荷突增10%来观察系统的频率动态响应特性，具体仿真参数见表1。
表1 双馈型变速抽水蓄能机组仿真参数
Figure 534525DEST_PATH_IMAGE121
双馈型变速抽水蓄能机组在发电工况下采用图2策略，在抽水工况下则采用图3的策略。构建含双馈型变速抽水蓄能机组的频率响应模型，推导出最大频率偏差变化率、稳态频率偏差以及最大频率偏差等频率动态指标的表达式。
进一步利用改进粒子群算法，调用设置为发电与抽水工况典型运行状态的系统模型，获得不同工况典型运行状态下的调频参数上限，并作插值处理，进而得到不同工况调频参数上限曲线，即图7(a)和图7(b)；其中，某一具体运行工况下改进粒子群算法与原粒子群算法的收敛情况对比如图6所示，改进的算法可以有效提高算法的收敛速度。
从图7(a)和图7(b)可以看出，在不同工况不同运行状态下，机组能够维持转速及功率不超出允许范围的调频参数上限存在明显差异，因此在机组在不同状态下参与电网调频时，应当注意适时调整调频参数，保证其安全稳定运行。进一步采用图1的方法获得当前周期的调频参数。
为验证方法在不同工况不同运行状态下均能提高双馈型变速抽水蓄能机组的调频能力，在发电和抽水工况下分别设置典型算例，并与传统调频控制作对照，通过对比分析，验证所提方法及变参数设置的有效性。
其中传统调频控制的参数固定，比例系数
Figure 172179DEST_PATH_IMAGE122
，微分系数
Figure 757750DEST_PATH_IMAGE123
，其中，
Figure 873474DEST_PATH_IMAGE124
为调差系数，
Figure 526303DEST_PATH_IMAGE125
为双馈型变速抽水蓄能机组固有惯性时间常数，
Figure 334859DEST_PATH_IMAGE126
为额定有功功率，
Figure 272640DEST_PATH_IMAGE127
为额定视在功率，
Figure 942787DEST_PATH_IMAGE128
为额定频率。
算例1（次同步发电工况）：双馈型变速抽水蓄能机组初始输出有功功率指令为0.6pu，对应最优转速为0.97pu。根据本发明方法可得调频过程中各参数的变化情况，如表2所示。
表2 发电工况下的调频参数（有功功率为0.6pu）
Figure 964970DEST_PATH_IMAGE129
双馈型变速抽水蓄能机组采用不同调频策略时，各物理量的响应情况如图8(a)~ (c)所示。可见，发电工况下的双馈型变速抽水蓄能机组通过增加输出功率参与频率调节。 采用本发明方法时，机组转速迅速大幅调整，最低达到0.908pu，在调频初期提供了极大的 瞬时功率，使
Figure 928115DEST_PATH_IMAGE130
相较采用传统调频策略时减小了0.086Hz，同时机组有功功率的增加也使 得
Figure 239011DEST_PATH_IMAGE131
显著减小到0.065Hz。此外，由于采用变微分系数控制，机组转速得到较快恢复，频率 稳定时间t有所缩短。
算例2（超同步发电工况）：双馈型变速抽水蓄能机组初始输出有功功率指令为0.9pu，对应最优转速为1.06pu。根据本发明方法可得调频过程中各参数的变化情况，如表3所示。
表3 发电工况下的调频参数（有功功率为0.9pu）
Figure 447270DEST_PATH_IMAGE132
双馈型变速抽水蓄能机组采用不同调频策略时，各物理量的响应情况如图9(a)~ (c)所示。可见，超同步发电工况下，采用本发明方法同样能使机组在应对相同频率偏差时 产生更大的转速及有功功率改变量，从而显著减小
Figure 323959DEST_PATH_IMAGE133
和
Figure 51481DEST_PATH_IMAGE134
。
发电工况不同运行状态下的频率响应指标对比如图10(a)~(c)所示。可见，相比于 采用参数固定的传统调频策略，采用本发明方法时系统的
Figure 131564DEST_PATH_IMAGE135
和
Figure 596043DEST_PATH_IMAGE136
均显著减小，且对于 缩短频率稳定时间t也有一定作用。其中，
Figure 576506DEST_PATH_IMAGE137
在次同步状态下由0.229Hz下降至0.143Hz， 降低约37.55%，在超同步状态下也下降了0.094Hz（约41.59%）；而
Figure 897766DEST_PATH_IMAGE138
在两种运行状态下均 降低了24%以上。
算例3（次同步抽水工况）：双馈型变速抽水蓄能机组初始输入有功功率指令为-0.6pu（以负号表示输入），对应最优转速为0.94pu。根据本发明方法可得调频过程中各参数的变化情况，如表4所示。
表4 抽水工况下的调频参数（有功功率为-0.6pu）
Figure 465145DEST_PATH_IMAGE139
双馈型变速抽水蓄能机组采用不同调频策略时，各物理量的响应情况如图11(a)~ (c)所示。可见，抽水工况下双馈型变速抽水蓄能机组通过减小输入有功功率来提高频率水 平。传统调频因水泵响应速度较慢，在频率发生偏差时不能及时调节机组功率，对应
Figure 124795DEST_PATH_IMAGE140
仍 然较大。而采用本发明方法时，机组在检测到频率偏差后可以率先通过快速调节转速改变 输入有功功率，使
Figure 976076DEST_PATH_IMAGE141
显著降低。与此同时，机组稳态有功功率和转速数值的减小，也使
Figure 953390DEST_PATH_IMAGE142
相比采用传统控制时有所下降。
算例4（超同步抽水工况）：双馈型变速抽水蓄能机组初始输入有功功率指令为-0.9pu，对应最优转速为1.05pu。根据本发明方法可得调频过程中各参数的变化情况，如表5所示。
表5 抽水工况下的调频参数（有功功率为-0.9pu）
Figure 460595DEST_PATH_IMAGE143
双馈型变速抽水蓄能机组采用不同调频策略时，各物理量的响应情况如图12(a)~ (c)所示。可见，超同步抽水工况下，采用本发明方法同样能使机组通过调节转速快速参与 调频，并大幅增加机组的功率改变量，从而减小
Figure 578462DEST_PATH_IMAGE144
和
Figure 362878DEST_PATH_IMAGE145
。
抽水工况不同运行状态下的频率响应指标对比如图13(a)~(c)所示。可见，相比于 采用参数固定的传统调频策略，采用本发明方法时，系统的
Figure 25941DEST_PATH_IMAGE146
和
Figure 4130DEST_PATH_IMAGE147
均显著减小。其中
Figure 410840DEST_PATH_IMAGE148
在两种运行状态下分别下降了28.09%（次同步）和35.27%（超同步），
Figure 721867DEST_PATH_IMAGE149
的降低也达 到了20%以上。与此同时，频率稳定时间t缩短了8到10s。
结合上述四个算例可知，本发明方法在发电和抽水工况不同运行状态下都具有较 好效果，可以在保证机组安全稳定运行的基础上最大程度发挥其调频能力，有效减小
Figure 555831DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure 83633DEST_PATH_IMAGE151
。
基于相同的技术方案，本发明还公开了相应的软件装置，双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频装置，包括：
检测模块：检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率。
自适应参数获取模块：响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线。
上述软件装置的各模块的数据处理流程与方法的一致，这里不重复描述了。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，包括：
检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率；
响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线；
工况包括发电工况和抽水工况，预先生成不同工况调频参数上限曲线的过程包括：
在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，构建频率响应模型；
根据系统的频率响应模型，获得频率动态响应指标；其中，频率动态响应指标包括负荷扰动为阶跃变化时的最大频率偏差变化率、稳态频率偏差和最大频率偏差；
以最大频率偏差最小为目标，构建调频参数优化模型；
在不同工况下选取多个典型运行状态，采用粒子群算法求解调频参数优化模型，获得不同工况及不同运行状态下的调频参数上限；其中，在粒子群算法调用系统模型前，采用最大频率偏差变化率和稳态频率偏差对粒子进行筛选；
根据不同工况及不同运行状态下的调频参数上限，生成不同工况调频参数上限曲线；
频率响应模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 143410DEST_PATH_IMAGE002
为负荷扰动，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为火电机组输出功率改变量，
Figure 921879DEST_PATH_IMAGE004
为火电机组的等效惯性时间常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为等效阻尼系数，s为比例系数，
Figure 412903DEST_PATH_IMAGE006
为频率偏差，k为水泵输出功率曲线在水泵最佳运行点处的斜率，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为发电工况下传统调频的比例系数，
Figure 861202DEST_PATH_IMAGE008
为发电工况下传统调频的微分系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为抽水工况下有功处调频的微分系数，
Figure 703256DEST_PATH_IMAGE010
为抽水工况下有功处调频的比例系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为抽水工况下转速处调频的微分系数，
Figure 754257DEST_PATH_IMAGE012
为抽水工况下转速处调频的比例系数。
2.根据权利要求1所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，构建频率响应模型，包括：
在发电工况和抽水工况采用不同调频控制策略的情况下，基于传统电网的低阶频率响应模型，将发电工况下因调频造成的附加功率变化量看作负的负荷变化量，将抽水工况下由于附加转速变化造成的功率变化量以及由调频造成的功率变化量之和看作负荷变化量，构建频率响应模型。
3.根据权利要求1或2所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，发电工况下，采用传统调频方法；
抽水工况的调频方法包括：
对频率偏差进行PD控制，生成附加转速指令和附加有功功率指令；
将附加有功功率指令和初始有功功率指令叠加，生成新的有功功率指令；
将新的有功功率指令传输给水泵水轮机的有功控制器，并根据新的有功功率指令和双馈型变速抽水蓄能机组运行水头，生成水泵水轮机的最优转速指令；
将最优转速指令和附加转速指令叠加，生成新的转速指令，并将新的转速指令作为变频器的控制目标。
4.根据权利要求3所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，负荷扰动为阶跃变化
Figure 771892DEST_PATH_IMAGE014
时的最大频率偏差变化率
Figure 187830DEST_PATH_IMAGE016
、稳态频率偏差
Figure 48338DEST_PATH_IMAGE018
和最大频率偏差
Figure 450501DEST_PATH_IMAGE020
为：
Figure 181697DEST_PATH_IMAGE022
Figure 34115DEST_PATH_IMAGE024
Figure 991707DEST_PATH_IMAGE026
其中：
中间变量
Figure 56615DEST_PATH_IMAGE028
，中间变量
Figure 907896DEST_PATH_IMAGE030
，
中间变量
Figure 665636DEST_PATH_IMAGE032
，
中间变量
Figure 438420DEST_PATH_IMAGE034
，
中间变量
Figure 47299DEST_PATH_IMAGE036
，中间变量
Figure 18666DEST_PATH_IMAGE038
，
中间变量
Figure 557095DEST_PATH_IMAGE040
，
中间变量
Figure 613913DEST_PATH_IMAGE042
，
中间变量
Figure 20623DEST_PATH_IMAGE044
，中间变量
Figure 846497DEST_PATH_IMAGE046
，
下标1表示发电工况下的参数，下标2表示抽水工况下的参数，K m 为火电机组的机械功率增益系数，R为调差系数，F H 为原动机高压缸的输出功率比例，T R 为原动机中压缸的再热时间常数。
5.根据权利要求1所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，采用最大频率偏差变化率和稳态频率偏差对粒子进行筛选包括：
若粒子对应的最大频率偏差变化率和稳态频率偏差均超过相应的阈值，则剔除该粒子。
6.根据权利要求1所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，调频参数优化模型为：
Figure 555827DEST_PATH_IMAGE048
其中，obj为目标函数，
Figure 99941DEST_PATH_IMAGE050
为最大频率偏差，
Figure 310342DEST_PATH_IMAGE052
为双馈型变速抽水蓄能机组的转速，
Figure 990722DEST_PATH_IMAGE054
为
Figure 402112DEST_PATH_IMAGE056
的上限，
Figure 167943DEST_PATH_IMAGE058
为
Figure 57401DEST_PATH_IMAGE060
的下限，
Figure 123446DEST_PATH_IMAGE062
为双馈型变速抽水蓄能机组的输入/输出有功功率，
Figure 299213DEST_PATH_IMAGE064
为
Figure 693285DEST_PATH_IMAGE066
的上限。
7.双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频装置，采用如权利要求1至6任一项所述的双馈型变速抽水蓄能机组自适应变参数调频方法，其特征在于，包括：
检测模块：检测双馈型变速抽水蓄能机组的转速、频率偏差和频率偏差变化率；
自适应参数获取模块：响应于频率偏差超出死区，根据转速从预先生成的不同工况调频参数上限曲线中获取相应的调频参数上限，并根据频率偏差变化率确定调频参数上限的正负，将带正负的调频参数上限作为调频所用的参数；其中，不同工况调频参数上限曲线为不同工况下转速与调频参数上限之间的关系曲线。
8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至6所述的方法中的任一方法。
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