考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置与流程

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明属于电力系统运行控制技术领域，具体涉及一种考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置。技术背景2.近年来，以风力发电为代表的新能源发展迅速，随着风电渗透率的不断升高，电力系统的常规同步机组被风电大量替代，引起系统的等效旋转惯量下降、频率响应特性恶化。对此，世界主要风电发达国家与地区均通过并网导则对风电主动参与电力系统惯量响应及调频能力进行了规范。3.目前广泛应用的变速恒频风电机组通常运行在最大功率跟踪模式，其经电力电子变换器与电网连接，转子转速与电网频率解耦，为响应电网调频需求，现有研究提出了基于释放风机转子动能的调频控制策略，如虚拟惯量控制、下垂控制、短时功率超发控制等。然而由于转速限制，风电机组无法持续增发有功功率，在风机转速恢复过程中，转子加速吸收有功功率易导致系统发生二次频率跌落。而储能具有响应快速、控制灵活、运行稳定的技术特性，将储能与风电自身调频相结合的风储联合调频控制策略，能有效抑制风机转速恢复下系统发生二次频率跌落的风险，实现风机和储能的优势互补。但计及储能本身的荷电状态及寿命周期，频繁投入一次调频并不适用。技术实现要素：4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置，充分考虑风储联合系统参与系统调频的有序协调和互补配合，在保证系统频率稳定的大前提下，最小化储能装置的调频代价。5.本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：6.《方法》7.本发明提供一种考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：8.步骤1：构建系统频率临界稳定域划分模型；9.步骤1.1：建立系统动态方程：[0010][0011]式中，f0为系统扰动前的稳态频率，fn为系统额定频率，δpd为系统扰动下的有功差额，d0为电力系统自身的阻尼系数，d为风机参与调频提供的阻尼，h0为电力系统自身的惯性时间常数，h为风机参与调频提供的惯量；[0012]步骤1.2：以系统频率偏差δf与频率变化率rocof为主要频率指标，进一步得到最大频率偏差|δf|max和最大频率变化率|rocof|max的表达式为：[0013][0014]步骤1.3：基于并网导则中继电保护装置对系统频率偏差和频率变化率临界稳定阀值的要求，风机参与调频时需提供的阻尼临界值dcr和惯量临界值hcr为：[0015][0016]式中，fcr为继电保护装置对系统频率偏差的临界稳定阀值，rcr为继电保护装置对系统频率变化率的临界稳定阀值；[0017]步骤1.4：系统频率临界稳定域的表达式fcr为：[0018][0019]步骤1.5：以频率指标占临界稳定阀值的不同百分比a1、a2、a3将系统频率稳定域划分为五级，从小至大依次为：稳定域i，i阀值《a1；稳定域ii，a1≤ii阀值《a2；稳定域iii，a2≤iii阈值《a3；稳定域iv，85％≤iv阈值；[0020]若频率轨迹始终在稳定域i，则风机不参与调频动作，由系统中常规同步机组负责调频；若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，确保频率指标在临界稳定阀值内；[0021]步骤2：基于系统频率临界稳定域中频率指标分析，制定风机主动参与一次调频的控制策略；[0022]步骤3：基于风机一次调频过程中参与调频和退出调频两阶段的功率响应变化特点，制定考虑频率二次跌落抑制的风储联合调频控制策略。[0023]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法，还可以具有以下特征：在步骤1.3中，[0024]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法，还可以具有以下特征：在步骤1.5中，a1＝20％、a2＝60％、a3＝85％。[0025]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法中，步骤2具体包括如下子步骤：[0026]步骤2.1：考虑系统中常规同步机组和风机协调调频，可得系统等值转子运动方程为：[0027][0028]式中，heq为系统等效惯性时间常数，pm为常规同步机组有功功率，pw为风电机组有功功率，pl为负荷和电网交互的功率，deq为系统阻尼系数；[0029]步骤2.2：基于步骤1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作，此时风电机组调频功率为：[0030][0031]式中，δpw为风电机组调频功率，kdf为虚拟惯量控制的微分系数，kpf为下垂控制的比例系数；[0032]步骤2.3：基于步骤1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作，风机参与调频增发的有功功率为δpboost，持续时间为tboost，当风机转子转速ωr到达转速下限ωmin时，退出调频响应，进入转速恢复阶段。[0033]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法中，步骤3具体包括如下子步骤：[0034]步骤3.1：系统发生扰动后，频率最低点为fnadir1，步骤2.2与2.3中风机参与调频后，转子转速恢复，系统易发生频率二次跌落，此时频率二次跌落最低点为fnadir2，频率变化率指标为rocofsec；[0035]步骤3.2：步骤2.2中风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作后，进入转速恢复阶段，若rocofsec《20％rcr，fnadir1《fnadir2，储能不动作；若rocofsec≥20％rcr，fnadir2有一定概率会低于fnadir1，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率二次下跌，其下垂系数与风机kpf一致；[0036]步骤3.3：步骤2.3中风机以短时功率超发控制参与调频动作后进入转速恢复阶段，此时储能通过放电抑制系统频率二次下跌，其有功出力曲线与风机转速恢复阶段有功出力曲线相对应；[0037]步骤3.4：步骤1.5中若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率进一步下跌，其下垂系数与风机kpf一致。[0038]《装置》[0039]进一步，本发明还提供了考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，其特征在于，包括：[0040]划分部，采用步骤1.1至步骤1.5所描述的方法，构建系统频率临界稳定域划分模型；[0041]步骤1.1：建立系统动态方程：[0042][0043]式中，f0为系统扰动前的稳态频率，fn为系统额定频率，δpd为系统扰动下的有功差额，d0为电力系统自身的阻尼系数，d为风机参与调频提供的阻尼，h0为电力系统自身的惯性时间常数，h为风机参与调频提供的惯量；[0044]步骤1.2：以系统频率偏差δf与频率变化率rocof为主要频率指标，进一步得到最大频率偏差|δf|max和最大频率变化率|rocof|max的表达式为：[0045][0046]步骤1.3：基于并网导则中继电保护装置对系统频率偏差和频率变化率临界稳定阀值的要求，风机参与调频时需提供的阻尼临界值dcr和惯量临界值hcr为：[0047][0048]式中，fcr为继电保护装置对系统频率偏差的临界稳定阀值，rcr为继电保护装置对系统频率变化率的临界稳定阀值；[0049]步骤1.4：系统频率临界稳定域的表达式fcr为：[0050][0051]步骤1.5：以频率指标占临界稳定阀值的不同百分比a1、a2、a3将系统频率稳定域划分为五级，从小至大依次为：稳定域i，i阀值《a1；稳定域ii，a1≤ii阀值《a2；稳定域iii，a2≤iii阈值《a3；稳定域iv，85％≤iv阈值；若频率轨迹始终在稳定域i，则风机不参与调频动作，由系统中常规同步机组负责调频；若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，确保频率指标在临界稳定阀值内；[0052]一次调频策略部，基于系统频率临界稳定域中频率指标分析，制定风机主动参与一次调频的控制策略；[0053]二次跌落策略部，基于风机一次调频过程中参与调频和退出调频两阶段的功率响应变化特点，制定考虑频率二次跌落抑制的风储联合调频控制策略；[0054]控制部，与划分部、一次调频策略部、二次跌落策略部均通信相连，控制它们的运行。[0055]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，还可以包括：输入显示部，与划分部、一次调频策略部、二次跌落策略部、控制部均通信相连，根据用户输入的操作指令，显示相应的信息。[0056]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，还可以包括：在划分部中，a1＝20％、a2＝60％、a3＝85％。[0057]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，还可以包括：一次调频策略部采用如下步骤2.1至2.3制定风机主动参与一次调频的控制策略：[0058]步骤2.1：考虑系统中常规同步机组和风机协调调频，可得系统等值转子运动方程为：[0059][0060]式中，heq为系统等效惯性时间常数，pm为常规同步机组有功功率，pw为风电机组有功功率，pl为负荷和电网交互的功率，deq为系统阻尼系数；[0061]步骤2.2：基于步骤1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作，此时风电机组调频功率为：[0062][0063]式中，δpw为风电机组调频功率，kdf为虚拟惯量控制的微分系数，kpf为下垂控制的比例系数；[0064]步骤2.3：基于步骤1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作，风机参与调频增发的有功功率为δpboost，持续时间为tboost，当风机转子转速ωr到达转速下限ωmin时，退出调频响应，进入转速恢复阶段。[0065]优选地，本发明提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，还可以包括：二次跌落策略部采用如下步骤3.1至3.4制定风储联合调频控制策略：[0066]步骤3.1：系统发生扰动后，频率最低点为fnadir1，步骤2.2与2.3中风机参与调频后，转子转速恢复，系统易发生频率二次跌落，此时频率二次跌落最低点为fnadir2，频率变化率指标为rocofsec；[0067]步骤3.2：步骤2.2中风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作后，进入转速恢复阶段，若rocofsec《20％rcr，fnadir1《fnadir2，储能不动作；若rocofsec≥20％rcr，fnadir2有一定概率会低于fnadir1，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率二次下跌，其下垂系数与风机kpf一致；[0068]步骤3.3：步骤2.3中风机以短时功率超发控制参与调频动作后进入转速恢复阶段，此时储能通过放电抑制系统频率二次下跌，其有功出力曲线与风机转速恢复阶段有功出力曲线相对应；[0069]步骤3.4：步骤1.5中若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率进一步下跌，其下垂系数与风机kpf一致。[0070]发明的作用与效果[0071]本发明提供了考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置，通过划分系统频率安全稳定域，在满足频率安全的要求下，控制风机和储能输出的调频功率更小，降低其调频代价，经济性明显；能够有效地通过释放风机内在转子动能参与调频，改善了系统的频率响应特性；而且有效抑制了风电机组退出调频后转速恢复阶段的系统频率二次下跌风险，切实提升了系统频率安全稳定。[0072]综上，本发明充分考虑了风储联合系统参与系统调频的有序协调和互补配合，在保证系统频率稳定的大前提下，能够最小化储能装置的调频代价，保障系统的安全稳定运行。附图说明[0073]图1为本发明实施例涉及的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法的流程图；[0074]图2为本发明实施例涉及的系统频率临界稳定域划分示意图；[0075]图3为本发明实施例涉及的风电机组短时功率超发控制示意图；[0076]图4为本发明实施例涉及的发生二次跌落时频率轨迹示意图；[0077]图5为本发明实施例涉及的发生二次跌落时储能有功功率示意图。具体实施方式[0078]以下结合附图对本发明涉及的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置的具体实施方案进行详细地说明。[0079]《实施例》[0080]如图1所示，本实施例所提供的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法，具体包括以下步骤：[0081]s1：以系统频率偏差与频率变化率为两个主要的频率指标，构建系统频率临界稳定域划分原理与方法，具体步骤包括：[0082]s1.1：建立系统动态方程：[0083][0084]式中，f0为系统扰动前的稳态频率，fn为系统额定频率，δpd为系统扰动下的有功差额，d0为电力系统自身的阻尼系数，d为风机参与调频提供的阻尼，h0为电力系统自身的惯性时间常数，h为风机参与调频提供的惯量；[0085]s1.2：以系统频率偏差δf与频率变化率rocof为两个主要的频率指标，进一步得到最大频率偏差|δf|max和最大频率变化率|rocof|max的表达式为：[0086][0087]s1.3：基于并网导则中继电保护装置对系统频率偏差和频率变化率临界稳定阀值的要求，风机参与调频时需提供的阻尼临界值dcr和惯量临界值hcr为：[0088][0089]式中，fcr为继电保护装置对系统频率偏差的临界稳定阀值，rcr为继电保护装置对系统频率变化率的临界稳定阀值，具体可表示为：[0090][0091]s1.4：基于上述s1.1与s1.3中的公式，进一步联立可得出系统频率临界稳定域的表达式fcr为：[0092][0093]s1.5：如图2所示，以频率指标为临界稳定阀值的20％、60％、85％划分系统频率稳定域为i(阀值《20％)、ii(20％≤ii《60％)、iii(60％≤iii《85％)、iv(85％≤iv)、，其中：若频率轨迹始终在安全区域内(稳定域i)，则风机不参与调频动作，由系统中常规同步机组负责调频；若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作；若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，确保频率指标在临界稳定阀值内。[0094]s2：基于系统频率临界稳定域中频率指标分析，制定风机主动参与一次调频的控制策略，具体步骤包括：[0095]s2.1：考虑系统中常规同步机组和风机协调调频，可得系统等值转子运动方程为：[0096][0097]式中，heq为系统等效惯性时间常数，pm为常规同步机组有功功率，pw为风电机组有功功率，pl为负荷和电网交互的功率，deq为系统阻尼系数；[0098]s2.2：基于上述s1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域ii的阀值且轨迹在稳定域ii内，则风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作，此时风电机组调频功率为：[0099][0100]式中，δpw为风电机组调频功率，kdf为虚拟惯量控制的微分系数，kpf为下垂控制的比例系数；[0101]s2.3：基于上述s1.5中的稳定域划分，若频率触发了稳定域iii的阀值且轨迹在稳定域iii内，则风机以短时功率超发控制参与调频动作，如图3所示，风机参与调频增发的有功功率为δpboost，持续时间为tboost，当风机转子转速ωr到达转速下限ωmin时，退出调频响应，进入转速恢复阶段，持续时间为trecovery。[0102]s3：基于风机一次调频过程中参与调频和退出调频两阶段的功率响应变化特点，制定考虑频率二次跌落抑制的风储联合调频控制策略，具体步骤包括：[0103]s3.1：如图4所示，系统发生扰动后，频率最低点为fnadir1，上述s2.2与2.3中风机参与调频后，转子转速恢复，系统易发生频率二次跌落，此时频率二次跌落最低点为fnadir2，频率变化率指标为rocofsec；[0104]s3.2：上述s2.2中风机以虚拟惯量控制+下垂控制参与调频动作后，进入转速恢复阶段，若rocofsec《20％rcr，fnadir1《fnadir2，储能不动作；若rocofsec≥20％rcr，fnadir2有一定概率会低于fnadir1，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率二次下跌，其下垂系数与风机kpf一致；[0105]s3.3：上述s2.3中风机以短时功率超发控制参与调频动作后进入转速恢复阶段，此时储能通过放电抑制系统频率二次下跌，如图5所示，其有功出力曲线与风机转速恢复阶段有功出力曲线相对应；[0106]s3.4：上述s1.5中，若频率触发了稳定域iv的阀值，则风机与储能共同参与调频动作，此时储能通过下垂控制放电抑制系统频率进一步下跌，其下垂系数与风机kpf一致。[0107]进一步，本实施例还提供了能够自动实现上述方法的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制装置，该装置包括划分部、一次调频策略部、二次跌落策略部、输入显示部以及控制部。[0108]划分部执行上文步骤1所描述的方法，构建系统频率临界稳定域划分模型。[0109]一次调频策略部执行上文步骤2所描述的方法，基于系统频率临界稳定域中频率指标分析，制定风机主动参与一次调频的控制策略。[0110]二次跌落策略部执行上文步骤3所描述的方法，基于风机一次调频过程中参与调频和退出调频两阶段的功率响应变化特点，制定考虑频率二次跌落抑制的风储联合调频控制策略；[0111]输入显示部与划分部、一次调频策略部、二次跌落策略部均通信相连，根据用户输入的操作指令，显示相应的信息。[0112]控制部与划分部、一次调频策略部、二次跌落策略部、输入显示部均通信相连，控制它们的运行。[0113]以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的考虑频率二次跌落抑制的风储联合系统调频控制方法及装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。









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