CN115800308A - 一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开属于电力系统技术领域，具体涉及一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法及系统，包括：构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

Description

一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法及系统

技术领域

本公开属于电力系统技术领域，具体涉及一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

伴随着越来越多的风电、光伏等新能源电站并网运行，电力系统的一次调频能力也逐渐降低，究其原因是新能源发电机组均通过电力电子设备并网，其无法像传统火电机组一样感知并响应系统频率的变化。

针对新能源参与电网一次调频的相关问题已经存在较多研究：风电一次调频方面，利用风机转子动能或预留备用功率，构建了多样化的一次调频控制策略。有相关文献公开了风电机组根据系统频率偏差信息，模拟同步机下垂控制环节为电网提供快速有功功率支撑，改善了系统频率动态；有相关文献提出了不同风速下的风电机组快速参与频率响应的策略，根据不同风速区间风电调频能力的差异整定一次调频系数，提高了风电机组的频率响应的适用性；相关文献设置了时变的风机一次调频系数，在调频期间随转子转速变化实时变化风机一次调频系数；以频率最低点最高为目标优化风电机组出力曲线，得到保证频率最低点最高的最优时变风机下垂控制策略，最大可能地挖掘了风机调频能力。光伏参与一次调频方面，光伏电站运行在固定比例的减载模式下，当系统发生有功缺额事件时参与电网一次调频。现有技术中所记载的光伏发电机组变减载率运行的调频策略，提高了光伏电站参与系统频率响应的能力及经济性。可见，上述研究有力推动了新能源调频领域的研究进展。

据发明人了解，现有的新能源机组或场站自身的控制问题，均忽略了新能源调频非线性环节对系统频率安全的影响。新能源调频时主要受死区与限幅非线性环节的影响，合理设置新能源调频系数可避免调频时触发限幅环节的风险，而死区环节对调频效果的影响无法避免且无清晰的认识。与传统同步机所设定的固定调频死区相比，新能源一次调频死区可在较大范围内灵活设置，我国规定风电场参与电网一次调频时的死区范围为0.03Hz～0.1Hz，光伏电站调频死区范围为0.02Hz～0.06Hz，这可能对调频效果产生重要影响。现有技术的新能源调频策略构建的过程中，均需要考虑调频死区环节影响，但仅在仿真模型中设置了新能源调频死区，均未从机理上分析死区的非线性影响。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法及系统，针对新能源调频死区非线性环节，通过时域解析系统频率动态偏差，从机理上分析了普通型调频死区对系统一次调频效果的不利影响，深入研究了新能源一次调频死区的非线性影响建模及调频系数修正策略。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，采用如下技术方案：

一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，包括：

构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

作为进一步的技术限定，新能源参与电网的一次调频时，调频死区小将导致新能源机组频繁动作，调频死区大则使频率偏差大的机组不参与频率响应，影响新能源一次调频的效果，直接影响到系统频率安全，引发频率越限。

作为进一步的技术限定，所述调频死区的设置方式包括普通型死区和阶跃型死区；所述普通型调频死区环节的输入与输出之间的关系为：

所述阶跃型调频死区环节的输入与输出之间的关系为：

其中，Δf(t)为系统频率偏差，d为频率死区大小，x(t)是经过死区环节之后的输出。

进一步的，针对普通型死区，频率偏差在越过死区前后的输出量连续；针对阶跃型死区，频率偏差在越过死区时的输出量发生阶跃突变。

作为进一步的技术限定，将调频死区输出量x作为新的状态变量，建立同时含x与频率偏差Δf(t)的所构建的系统频率响应模型的微分方程，即：

式中，

分别为频率偏差的二阶导数和一阶导数，

为阶跃功率扰动一阶导数，为冲激函数。

进一步的，根据所构建的系统频率响应模型的微分方程两端的冲激函数平衡，求取调频死区内微分方程的初始条件和调频死区外微分方程的边界调节，得到调频死区内和调频死区外系统频率的动态时域解析式。

作为进一步的技术限定，以稳态频率为基准，构建修正系数，通过检验修正系数来提升频率偏移量；具体的，当无普通型死区时，系统稳态频率偏差为：

其中，Δf'_∞为不考虑新能源一次调频死区时的稳态频率偏差。

根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统，采用如下技术方案：

一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统，包括：

建模模块，其被配置为构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析模块，其被配置为解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

修正模块，其被配置为以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：

一种电子设备，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程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开针对新能源调频死区非线性环节，通过时域解析系统频率动态偏差，从机理上分析了普通型调频死区对系统一次调频效果的不利影响，提出了针对普通型死区的新能源一次调频系数修正策略；

基于考虑新能源调频死区的系统频率响应模型求解了频率动态的时域解析解，普通型死区的存在会削弱新能源预期的一次调频能力，进而可能会威胁到系统频率安全，而阶跃型死区对新能源调频能力影响可以忽略不计；

针对新能源采用普通型一次调频死区时对系统调频效果产生不利影响的问题，提出新能源一次调频系数修正策略能够有效改善系统频率动态，降低因乐观估计新能源一次调频能力而引起系统频率越限的风险，保障系统一次调频效果，提高系统频率安全性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例一中的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法的流程图；

图2(a)是本公开实施例一中的普通型死区的新能源一次调频特性示意图；

图2(b)是本公开实施例一中的阶跃型死区的新能源一次调频特性示意图；

图2(c)是本公开实施例一中的普通型一次调频特性的新能源一次调频特性示意图；

图2(d)是本公开实施例一中的阶跃型一次调频特性的新能源一次调频特性示意图；

图3(a)是本公开实施例一中的传统低阶频率响应模型示意图；

图3(b)是本公开实施例一中的考虑新能源一次调频死区的频率响应模型示意图；

图4(a)是本公开实施例一中的普通型新能源一次调频参数对最大频率偏差的影响示意图；

图4(b)是本公开实施例一中的普通型新能源一次调频参数对稳态频率偏差的影响示意图；

图4(c)是本公开实施例一中的阶跃型新能源一次调频参数对最大频率偏差的影响示意图；

图4(d)是本公开实施例一中的阶跃型新能源一次调频参数对稳态频率偏差的影响示意图；

图5是本公开实施例一中的新能源一次调频系数修正策略示意图；

图6(a)是本公开实施例一中的普通型死区考虑死区的频率动态解析解与仿真数值解对比示意图；

图6(b)是本公开实施例一中的阶跃型死区考虑死区的频率动态解析解与仿真数值解对比示意图；

图7是本公开实施例一中的含新能源的两区域仿真系统示意图；

图8(a)是本公开实施例一中的普通型死区最大频率偏差示意图；

图8(b)是本公开实施例一中的普通型死区稳态频率偏差示意图；

图8(c)是本公开实施例一中的阶跃型死区最大频率偏差示意图；

图8(d)是本公开实施例一中的阶跃型死区稳态频率偏差示意图；

图9(a)是本公开实施例一中的负荷突增10％仿真结果示意图；

图9(b)是本公开实施例一中的不同大小负荷突增仿真结果示意图；

图10是本公开实施例二中的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本公开实施例一介绍了一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法。

如图1所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，包括：

构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

本实施例开展了新能源一次调频死区的非线性影响建模及调频系数修正策略研究；首先，建立了考虑新能源一次调频死区的系统频率响应模型，解析求解了含普通型死区与阶跃型死区的频率时域表达式，分析指出系统最大频降与稳态频降随普通型死区的增大而增大，受阶跃型调频死区的影响较小。基于此，对比普通型调频死区的稳态频差与预期稳态频差，提出了降低普通型死区影响的新能源一次调频系数修正策略。最后，搭建了含新能源的两区域仿真模型，对本实施例所建立考虑新能源调频死区的系统频率响应模型及所提调频系数修正策略进行了仿真验证。

新能源参与电网一次调频时，调频死区太小，将导致新能源机组频繁动作，而死区过大，则可能使频率偏差较大时机组仍不参与频率响应，影响新能源一次调频的效果，进而直接影响到系统频率安全，引发频率越限等问题。该节对考虑调频死区时新能源一次调频的基础特性进行了分析。

为了避免机组频繁动作参与系统一次调频，会设置一定大小的调频死区。我国规定同步机调速器调频死区的设置小于0.033Hz，且同步机调差系数相对固定，较小的死区不会对调频效果产生明显的影响，一般可忽略不计；与传统同步机不同，新能源调频死区可在一个较大的范围内灵活设置(0.03～0.1Hz)，同时新能源调差系数同样具有较大的设置范围(2％～10％)，因而死区可能会对新能源调频效果产生明显的影响，新能源死区对系统频率安全的影响不可忽略。常见的调频死区设置方式有普通型死区和阶跃型死区，如图2(a)、图2(b)所示。

在图2(a)和图2(b)中，Δf(t)为系统频率偏差，d为频率死区大小，x(t)是经过死区环节之后的输出。则普通型调频死区环节的输入与输出之间的关系可以表示为：

阶跃型调频死区环节的输入与输出之间的关系可以表示为：

对于普通型死区，频率偏差在越过死区前后的输出量仍然是连续的；对于阶跃型死区，频率偏差在越过死区时，输出量会发生阶跃突变。

采用不同调频死区设置方式的新能源一次调频特性曲线如图2(c)和图2(d)所示，f_L为新能源发电达到有功功率下限时所对应的频率偏差，P_w(t)为新能源一次调频时的有功功率，P₀为新能源的初始有功功率。考虑死区时新能源参与系统一次调频的输出功率的变化量ΔP_w(t)为：

ΔP_w(t)＝P_w(t)-P₀＝-k·x(t) (3)

式中，k为新能源参与电网调频时所设置的一次调频系数，其数值范围一般为10～50。

如图3(a)所示的传统低阶电力系统频率响应模型(System Frequency Response，SFR)，其中，M为系统惯性时间常数，D为系统阻尼系数，ΔP_L为阶跃扰动功率，R为火电机组的静调差系数，T_R为火电机组中间再热蒸汽容积时间常数，F_H为高压缸输出功率占汽轮机总输出的百分比。

为研究新能源死区对调频效果的影响机理，基于图3(a)所示模型，建立考虑新能源调频死区的系统频率响应模型，如图3(b)所示。其中，为简化分析新能源调频死区对频率安全的影响机理问题，本实施例假设新能源调频能量充足，调频过程中新能源侧物理量变化较小，可忽略不计。新能源与传统同步机的装机容量之比为α/(1-α)时，可得新能源一次调频增发功率折算为-αk˙x(t)，火电机组为-Δf(t)[(1-α)(1+F_HT_Rs)]/[R(1+T_Rs)]。

考虑死区非线性环节时，常用的分析方法为基于频域分析法的描述函数法，该方法只能用来研究系统的频域特性，无法给出频率动态时域响应的确切信息。对于死区非线性特性的时域分析，目前没有统一且普遍适用的处理方法。本实施例计及图3(b)中新能源的调频死区，建立了描述系统频率动态的时域微分方程，根据死区内外不同特征进行分段解析求解。

基于图3(b)，将死区输出量x作为一个新的状态变量，建立同时含x与Δf(t)的系统时域微分方程，如下式所示：

其中，

分别为频率偏差的二阶导数和一阶导数，

为阶跃功率扰动一阶导数，为冲激函数。

可见，考虑调频死区的微分方程中，均含有阶跃函数及其导数冲激函数项，引起系统的状态量发生突变，进而导致系统动态频率偏差无法时域解析。对此，该文根据微分方程两端冲激函数平衡，来求取死区内微分方程的初始条件，及死区外微分方程的边界条件，由此进一步得到死区内、外系统频率的动态时域解析式。具体求解过程如下：

步骤一：调频死区内的解析求解

在新能源一次调频死区内，新能源尚未参与系统频率响应，仅同步机参与调频。包含新能源普通型与阶跃型死区的时域解析相同。根据公式(1)、公式(2)可得，死区内时

代入公式(4)得到调频死区内的频率动态微分方程：

求解上式得到Δf(t)的通解形式如下：

式中，Δf^*(t)为公式(5)的特解，C₁、C₂为常数，λ₁、λ₂为公式(5)微分方程对应特征方程的特征根，其计算如下：

死区内频率动态的时域求解属于数学上的初值问题。在确定通解公式(6)时，需要利用两个0+时刻的初始条件结合微分方程通解形式建立方程组求得C1、C2，否则，微分方程无法时域解析。

利用冲激函数平衡的原则，获取0+时刻的初始条件并进行了时域解析。

由公式(5)可知，在0时刻，系统存在

因此方程中存在冲激函数项。由于冲激函数在0时刻为无穷大，若方程在0时刻平衡，则状态量Δf(t)的最高阶导数，即

中在0时刻需含有冲激函数δ(t)。为便于分析，将公式(5)等效变形如下：

公式(8)右侧同时含有0时刻的冲激函数项与阶跃函数项。因此，构建在0时刻满足公式(8)的

表达式如下：

式中，a1、b1均为待定系数，g2(t)在0时刻连续。对比公式(8)和公式(9)可得：

将公式(10)代入公式(9)，并对公式(9)两端积分可得：

其中，u(t)为单位阶跃函数，g0(t)、g1(t)在0时刻连续。可得，

在0时刻存在幅值为ΔPL/[M(1-α)]的阶跃变化，并且，Δf(t)在0时刻连续。考虑到功率扰动前，电网频率满足

因此，系统0+初始条件如下：

结合公式(6)、公式(12)即可求解常数C1、C2，即：

将C₁、C₂代入公式(6)，即可得到调频死区内的频率动态偏差时域解：

步骤二：调频死区外的解析求解

当系统频率在t₀时刻跌落至死区时，由于死区非线性环节的存在，Δf(t)及

在t₀时刻可能不连续，导致死区外的微分方程无法求解。对t₀时刻

的函数构成特点进行分析，得到死区后瞬间

时刻的边界条件，进而求得普通型死区与阶跃型死区外的系统频率偏差时域解，具体求解过程如下：

1)普通型调频死区

当频率偏差越过死区之后，存在

将公式(1)代入公式(4)可得表征系统频率动态的微分方程如下：

求解上式得到普通型死区之外的频率动态通解，如下式所示：

式中，Δf^o(t)为式(14)的特解，C₃、C₄为常数，λ₃、λ₄为微分方程公式(14)对应特征方程的特征根，其计算如下：

C₃、C₄的求解需已知微分方程式(14)的两个边界条件。由公式(1)可知，对于普通型死区而言，x在t₀前后是连续的，没有发生突变，而

在t₀产生阶跃变化。进一步，为便于分析

在t₀时刻的函数构成特点，将公式(4)等效变形得到：

对比上式方程两端可知，

中需含有阶跃函数项，因而对

进行积分所得

与Δf(t)在t₀时刻均连续，即有：

其中，

为频率偏差到达死区前的瞬间，由公式(13)可得，系统频率偏差在到达调频死区之前瞬间存在：

因此，将上式代入公式(18)得到

的边界条件如下式所示：

结合上式与公式(15)，即可得到常数C₃、C₄，即：

将C₃、C₄代入公式(15)，得到考虑新能源采用普通型死区时的频率偏差时域解析表达式：

2)阶跃型调频死区

在频率偏差越过调频死区之后，将公式(2)代入公式(4)可得表征系统频率偏差动态的微分方程如下：

上式微分方程的通解如下：

式中，Δf^s(t)为频率微分方程式(22)的特解，C₅、C₆为常数，λ₃、λ₄为公式(22)对应特征方程的特征根，其与公式(14)对应特征方程的特征根一致，求解见公式(16)。然而，对于阶跃型死区而言，状态量x在t₀时会发生阶跃突变，由此

在t₀时刻存在冲激函数项。为此，将公式(4)变形得到：

可以发现，公式(24)等式右侧中同时含有冲激函数项与阶跃函数项。因此，建立在t₀时刻等效公式(24)的

为如下形式：

式中，a₂、b₂为待定系数，h₂(t)在t₀时刻连续。将上式代入式(24)可得：

将公式(26)代入公式(25)，并对公式(25)两端积分可得：

式中，h₀(t)、h₁(t)在t₀时刻连续。根据上式可知，在t₀时刻，

存在幅值为αkd/[M(1-α)]的阶跃变化，Δf(t)连续。

因此，结合式(19)、式(27)可得到系统频率偏差在

的边界条件：

结合式(28)、式(23)即可求得常数C₅、C₆，即：

将C₅、C₆代入式(23)得到考虑新能源阶跃型死区的频率偏差动态时域解：

利用调频死区分段线性化的特点及死区前后的边界条件，在系统频率稳定的前提下，求解了考虑新能源一次调频死区时的频率动态响应过程。将根据所得频率动态时域解析解，分析死区非线性对系统频率安全性的影响，并根据所得结论对新能源一次调频参数进行修正。

当系统稳定时，系统一次调频过程中存在最低点，并振荡至稳态值。针对表征系统频率安全性的两个关键指标：最大频率偏差和稳态频率偏差，该节基于考虑调频死区的频率动态时域解析，对其表达式进行了求解。

1)最大频率偏差

在频率最低点处频率偏差一阶导数为零，对于普通型死区，根据公式(21)，令：

即存在：

当t＝+∞时，

式(31)成立，则t＝+∞为式(31)的一个解，但显然不是频率最低点。

当t≠+∞时，记λ_3,4＝β±jω，j为虚数单位，ω为振荡频率，将式(31)化简可得：

解上式可得：

其中，n＝0,1,2…。在频率暂态分量振荡衰减至0的过程中，第一个振荡周期中所对应的极值点即为系统一次调频过程中的最低点。

同理，根据式(29)，可得新能源采用阶跃型死区时系统频率到达最低点的时间。一次调频过程中频率到达最低点的时间表达式分别如下：

上式中，

分别为新能源采用普通型死区与阶跃型死区时，系统频率到达最低点的时间。将上式分别代入式(21)、(29)即可得到考虑新能源一次调频死区的频率偏差最大值的精确表达：

式中，

分别为新能源采用普通型死区与阶跃型死区时的系统动态频率偏差最大值。

2)稳态频率偏差

系统稳态频率偏差即求解当响应时间趋于正无穷时的动态频率偏差解，分别令式(21)、(29)中t→∞，求得：

上式中，

分别为新能源采用普通型死区与阶跃型死区时，系统稳态频率偏差。由式(35)、(36)可得，系统最大频率偏差及稳态频率偏差与新能源一次调频死区及系数均相关。为此，为降低模型分析复杂性，文中将同步机赋予典型数值，分析新能源一次调频参数对系统频率关键指标的影响。将图3(b)中参数赋典型值^[28]：M＝10，D＝1，R＝0.05，T_R＝10，F_H＝0.3，α＝0.3，阶跃有功扰动为0.05p.u.。基于上述典型参数，研究新能源一次调频死区范围在0.03～0.1Hz，一次调频系数范围在10～50时，系统频率关键指标变化情况。

由图4(a)和图4(b)可得，对于普通型死区，其大小对最大频率偏差以及稳态频率偏差都有影响，且呈现正相关，调频死区设置越大，对应的最大频率偏差和稳态频率偏差越大。由图4(c)和图4(d)可以发现，对于阶跃型死区，其大小对最大频率偏差有微弱的影响，几乎可以忽略不计，对稳态频率无影响。在新能源一次调频系数对频率指标影响方面，一次调频系数大小对最大频率偏差以及稳态频率偏差都有影响，且呈负相关，新能源所设置的一次调频系数越大，对应的最大频率偏差和稳态频率偏差越小。

对于普通型死区，对频率动态产生较大影响的根本原因在于其反馈频率偏差量的不准确性，响应频率与实际频率存在数值为d的偏差。由此，新能源一次调频触发后，从零开始逐渐增大响应功率，并不是按照实际的频率偏差进行功率响应。相对而言，阶跃型一次调频死区控制能够精确地反馈频率偏差量，同时系统频率触发死区的时间较短，新能源发电会迅速参与系统频率一次调整，使得阶跃型死区几乎不会影响调频效果。

基于考虑新能源一次调频死区的系统频率响应解析式，分析了新能源一次调频参数对频率动态关键指标的影响，得出了普通型死区会削弱新能源预期的一次调频效果，而阶跃型死区对系统调频效果产生的影响较小的结论。基于上述结论，后续针对普通型死区，提出了新能源一次调频系数修正的策略。

当采用普通调频死区时，新能源响应功率以低于实际频率d的参考频率进行响应。在新能源调频能量充足时，实际上削弱了新能源一次调频响应水平，导致新能源调频资源的浪费，并同时加重了同步机一次调频负担。为此，针对普通型死区，提出了新能源一次调频系数的修正策略。

所提修正策略的思路分析如下：修正系数目的是为了提升新能源减少频率偏移量和稳态频差的能力。当以最大频率偏移量为基准进行修正时，因其解析表达式(35)过于复杂，且未形成可应用的代数解析式，应用适应性不强。相比而言，当以稳态频差为基准进行修正，可依据式(36)中的代数解析，进行快速的修正系数计算。为此，所提策略以稳态频率为基准构建修正系数，并检验修正系数对于频率偏移量的提升能力。具体步骤如下：

当无普通型死区时，根据图3(b)可得预期的系统稳态频率偏差如下：

式中，Δf'_∞为不考虑新能源一次调频死区时的稳态频率偏差。为使新能源在受普通型死区影响下，同样达到相似的调频能力使新能源初始一次调频系数乘以修正因数c₀，如图5所示，图中，f_ref为系统初始频率。

修正因数的计算如下：将c₀k代替式(36)中的k，并使式(36)的稳态频率偏差与式(37)相等，可得：

化简可得c₀的表达式如下：

可见，当新能源占比及同步机参数确定时，修正因数仅与新能源一次调频死区与系统功率缺额有关，应用可行性较强。同时，由式(36)可得修正后的新能源调频系数大于初始调频系数，系统频率与新能源调频系数呈负相关。因此，修正后的新能源调频系数在保证稳态频率的同时，也能够提高频率最低点，减小因乐观估计新能源调频效果而导致系统频率越限的风险。实际工程应用中，可选择系统N-1安全校验对应的有功缺额，求得对应的修正因数，以提高该策略的适用性。

为验证本实施例所求考虑新能源调频死区的系统频率偏差时域解析正确性，基于仿真平台搭建了含新能源调频死区的系统频率响应模型，利用仿真得到频率动态响应数值解。系统参数设置0s时系统发生0.05p.u.的有功功率缺额事件，新能源调频死区为0.1Hz，一次调频系数为20。

当新能源分别采用普通型死区与阶跃型死区时，所求频率动态时域解析解与仿真所得数值解的结果对比如图6(a)和图6(b)所示。

根据图6(a)和图6(b)所示的仿真结果，所求频率动态时域解析解与仿真所得数值解完全重合，验证了考虑调频死区的频率动态解析解的正确性。

为验证所得结论的正确性及所提针对新能源普通型死区的一次调频系数修正策略的有效性，基于仿真平台搭建了包括新能源参与电网一次频率调整的两区域电网仿真模型，系统仿真结构示意图如图7所示。

在图7中，Load₁、Load₂为系统初始运行负荷，两区域系统初始频率为50Hz。火电机组容量为100MW，火电机组调差系数设置为0.05，系统惯性时间常数为10s，系统的阻尼常数为2。新能源场站由30台1.5MW的双馈风电机组构成，其参数如表1所示。系统初始负荷为113MW。

表1风电机组仿真参数

根据考虑死区的频率动态解析解分析得到了普通型死区会削弱新能源参与系统一次调频的效果，而阶跃型死区对系统调频效果影响甚微的结论。为验证上述结论的正确性，在图7所示电网仿真模型中，设置系统在40s时发生10MW的负荷突增事件，分别设置新能源调频死区为0、0.03、0.05和0.1Hz，两区域电网模型仿真所得结果如图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)所示。

根据图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)所示两区域电网的仿真结果可知，当新能源采用普通型死区时，系统稳态频差与最大频差与死区呈成正相关。死区越大，频差越大；反之，死区越小，频差越小。当采用阶跃型死区时，死区大小对系统一次调频能力影响很小。依据频率动态解析解分析所得结论相符，由此验证了普通型死区对系统频率安全的不利影响，而阶跃型死区对系统频率安全影响不大的结论。

为验证本实施例所提针对普通型死区的调频系数修正策略的有效性，基于图7所搭建的两区域电网模型进行仿真验证。若该系统可能发生的最大有功功率缺额为系统初始总负荷的10％，新能源调频死区设置为0.05Hz，根据式(39)可得，此时修正因数为1.3451，修正前后的算例仿真结果对比如图9(a)所示。

根据图9(a)中可以发现，当仿真进行到40s时，发生负荷突增事件，引起系统频率降低。此时，新能源按照图5所示修正后的调频系数参与系统一次调频，系统的频率动态得到改善，系统稳态频率相比于原调频系数有所提高，达到了预期的一次调频稳态值。与此同时，系统频率最低点提高了0.087Hz。

图9(a)所示仿真结果为系统发生最大负荷扰动时所得。进一步，为校验该策略应对不同大小有功扰动情况下的有效性，分别设置系统40s时发生4MW和8MW的负荷突增事件，仿真结果如图9(b)所示。根据图9(b)仿真结果可知，当新能源按照修正后的调频系数参与系统频率响应时，系统频率最低点与稳态频率均得以提高。

基于仿真结果验证了系统发生不同大小功率缺额时所提新能源一次调频系数修正策略的有效性，保证了系统的调频效果。

本实施例针对新能源调频死区非线性环节，通过时域解析系统频率动态偏差，从机理上分析了普通型调频死区对系统一次调频效果的不利影响，提出了针对普通型死区的新能源一次调频系数修正策略；基于考虑新能源调频死区的系统频率响应模型求解了频率动态的时域解析解，普通型死区的存在会削弱新能源预期的一次调频能力，进而可能会威胁到系统频率安全，而阶跃型死区对新能源调频能力影响可以忽略不计；针对新能源采用普通型一次调频死区时对系统调频效果产生不利影响的问题，提出新能源一次调频系数修正策略能够有效改善系统频率动态，降低因乐观估计新能源一次调频能力而引起系统频率越限的风险，保障系统一次调频效果，提高系统频率安全性。

实施例二

本公开实施例二介绍了一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统。

如图10所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统，包括：

建模模块，其被配置为构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析模块，其被配置为解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

修正模块，其被配置为以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

详细步骤与实施例一提供的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法相同，在此不再赘述。

实施例三

本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法相同，在此不再赘述。

实施例四

本公开实施例四提供了一种电子设备。

一种电子设备，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程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，包括：

构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

2.如权利要求1中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，新能源参与电网的一次调频时，调频死区小将导致新能源机组频繁动作，调频死区大则使频率偏差大的机组不参与频率响应，影响新能源一次调频的效果，直接影响到系统频率安全，引发频率越限。

3.如权利要求1中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，所述调频死区的设置方式包括普通型死区和阶跃型死区；所述普通型调频死区环节的输入与输出之间的关系为：

所述阶跃型调频死区环节的输入与输出之间的关系为：

其中，Δf(t)为系统频率偏差，d为频率死区大小，x(t)是经过死区环节之后的输出。

4.如权利要求3中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，针对普通型死区，频率偏差在越过死区前后的输出量连续；针对阶跃型死区，频率偏差在越过死区时的输出量发生阶跃突变。

5.如权利要求1中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，将调频死区输出量x作为新的状态变量，建立同时含x与频率偏差Δf(t)的所构建的系统频率响应模型的微分方程，即：

式中，

分别为频率偏差的二阶导数和一阶导数，

为阶跃功率扰动一阶导数，为冲激函数。

6.如权利要求5中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，根据所构建的系统频率响应模型的微分方程两端的冲激函数平衡，求取调频死区内微分方程的初始条件和调频死区外微分方程的边界调节，得到调频死区内和调频死区外系统频率的动态时域解析式。

7.如权利要求1中所示的一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法，其特征在于，以稳态频率为基准，构建修正系数，通过检验修正系数来提升频率偏移量；具体的，当无普通型死区时，系统稳态频率偏差为：

其中，Δf'_∞为不考虑新能源一次调频死区时的稳态频率偏差。

8.一种考虑调频死区的新能源一次调频系数修正系统，其特征在于，包括：

建模模块，其被配置为构建新能源一次调频死区的系统频率响应模型；

解析模块，其被配置为解析求解所构建的系统频率响应模型，得到新能源一次调频参数；

修正模块，其被配置为以稳态频率为基准构建修正系数，检验所构建的修正系数，提升频率偏移量，完成考虑频率死区的新能源一次调频参数的修成。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

10.一种电子设备，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程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的考虑调频死区的新能源一次调频系数修正方法中的步骤。

Images