一种计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法与流程

本发明属于可再生能源发电并网技术领域，更准确地说，本发明涉及一种计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法。

背景技术：

随着越来越多大容量风电场直接并入电网，风电渗透率不断提高。大规模风机替代常规机组并入电网会显著降低系统的等效惯量，风电的随机性、波动性特点使电力供需平衡矛盾加剧，系统对频率的控制能力逐渐受到限制。

“电网友好型”风力发电技术要求风机发电效率高，能够抵御一定的故障，还要积极参与电网功频调节，提高系统的稳定性。随着风电容量增加，主动参与系统频率调节是“电网友好型”风力发电技术对风电场的必然要求。

目前，风电场有功发电计划一般都通过调度中心人工或者利用有功控制系统按周期下发，风电场风机集控系统接收有功发电计划以完成对风电场发电的闭环控制。此种接收并跟随调度中心有功发电计划的调节方式通常考虑电网的暂态或输电断面热稳约束，不具备基于就地频率响应参与电网一次调频的功能。亟需研究计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法，以应对电网面临的安全稳定问题。

技术实现要素：

本发明目的是：针对电网目前对风电场参与一次调频的需求，提出一种计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法，通过跟踪系统频率、风电场出力、远方调度计划等一系列参数，实时修正风电场发电计划，从而在保证各风电场发电计划公平、公正、公开的前提下，有效实现风电场参与电网一次调频功能。

具体地说，本发明具体采用以下技术方案，具体包括以下步骤：

1)滚动更新风电场实时频率、风电场有功出力；

2)判断风电场是否可以参与电网一次调频；

3)判断风电场实时频率是否处于一次调频动作区间，并计算一次调频出力变化需求△p、计及一次调频需求的修正发电计划pplan′；

4)判断风电场是否已经处于一次调频过程中以及是否需要释放一次调频功能，并计算风电场发电计划；

5)将滚动计算更新的风电场发电计划pplan_j、一次调频出力变化需求△p发至风机集控系统，由风机集控系统协调控制各风机出力。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中，实时监测风电场母线频率，判断频率采样状态；当频率采样正常时实时更新频率；当频率采样持续异常，闭锁一次调频功能，风电场发电计划跟随远方调度计划。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，满足以下全部条件时认定，风电场可以参与电网一次调频：①调度中心要求风电场参与电网一次调频；②风电场控制装置开放一次调频功能；③风机集控系统判断风电场当前具备一次调频能力；④风电场实时频率正常有效。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，若风电场不可以参与电网一次调频，一次调频出力变化需求△p＝0，风电场发电计划跟随远方调度计划。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中包括以下步骤：

3-1)判断风电场实时频率是否处于一次调频动作区间，并计算一次调频出力变化需求△p；

3-2)计算计及一次调频需求的修正发电计划pplan′＝p出力+△p。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3-1)中，计算一次调频出力变化需求△p的方法为：

当风电场实时频率f满足f>fmax1或f<fmin1，且持续确认时间达到tfr时，认定风电场达到触发一次调频功能的条件，并有：

若f>fmax1，△p＝(fmax1-f)*△n；若f<fmin1，△p＝(fmin1-f)*△n；

当风电场实时频率f满足fmin1≤f≤fmax1时，△p＝0；

其中，fmax1为触发一次调频上限值，fmin1为触发一次调频下限值，△n为频率对应出力调节量，tfr为触发一次调频确认时间。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中包括以下步骤：

判断风电场是否已经处于一次调频过程中，若风电场未处于一次调频过程中，计算并更新风电场发电计划；若风电场已经处于一次调频过程中，判断风电场是否满足释放一次调频功能条件，计算并更新风电场发电计划。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，判断风电场是否已经处于一次调频过程中的方法为：若风电场曾经触发一次调频功能且未释放一次调频功能，则风电场已经处于一次调频过程中，否则，风电场未处于一次调频过程中。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，若风电场未处于一次调频过程中，计算并更新风电场发电计划方法如下：

若△p＝0，pplan_j＝pplan；

若△p>0，且pplan≥pplan′，则pplan_j＝pplan；

若△p>0，且pplan<pplan′，则pplan_j＝pplan′；

若△p<0，且pplan>pplan′，则pplan_j＝pplan′；

若△p<0，且pplan≤pplan′，则pplan_j＝pplan；

其中，pplan_j为风电场发电计划，pplan为远方调度计划，pplan′为计及风电场一次调频需求的修正发电计划，△p为一次调频出力变化需求。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，判断风电场是否满足释放一次调频功能条件的方法为：当风电场实时频率f满足fmin2≤f≤fmax2，且持续确认时间达到tfr2时，认定风电场满足释放一次调频功能条件；

其中，fmax2为释放一次调频上限值，fmin2为释放一次调频下限值，tfr2为释放一次调频确认时间。所述fmin2应满足条件fmin1≤fmin2<50hz，所述fmax2应满足条件fmax2≥fmax1>50hz。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，若风电场满足释放一次调频功能条件，风电场发电计划跟随远方调度计划。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，若风电场未满足释放一次调频功能条件，计算并更新风电场发电计划步骤如下：

若△p＝0，pplan_j不进行更新；

若△p≠0，计算待校核风电场发电计划pplan_j′并更新pplan_j；

pplan_j′计算方法如下：

若△p>0，且pplan≥pplan′，则pplan_j′＝pplan；

若△p>0，且pplan<pplan′，则pplan_j′＝pplan′；

若△p<0，且pplan>pplan′，则pplan_j′＝pplan′；

若△p<0，且pplan≤pplan′，则pplan_j′＝pplan；

pplan_j更新方法如下：

计算pplan_j′与当前pplan_j的差值△pplan_j＝|pplan_j′-pplan_j|；

若△pplan_j≥pmin，则pplan_j＝pplan_j′；

若△pplan_j<pmin，则pplan_j不进行更新；

其中，pmin为一次调频过程中发电计划更新最小差值。

本发明的有益效果如下：本发明根据电网对于风电场主动参与系统一次调频的需求，并结合风电场执行远方调度计划的实际情况，提出并实现了计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法。当风电场频率进入一次调频动作区间时，风电场可以主动根据风电场出力、频率状态，快速滚动修正风电场发电计划，增加了电网的等效惯量，提高了系统的稳定性。当风电场频率进入一次调频释放区间时，风电场能够快速将风电场发电计划切换至远方调度计划，保证了调度中心对于各风电场发电计划的常态控制以及各风电场发电计划公平、公正、公开的原则。本发明通过协调风电场参与电网一次调频功能，在确保电网安全稳定运行的情况下，增加了电网的等效惯量，提高了风电的渗透能力，实现了风电与常规能源的协调控制，有利于风电场的并网发电，具有显著的经济及环保效益。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明方法的滚动更新风电场实时频率及风电场有功出力流程图。

图3为本发明方法的判断风电场是否参与电网一次调频流程图。

图4为风电场有功控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例为一种计及远方调度计划和就地频率响应的风电场参与一次调频方法，应用在如图4所示的风电场有功控制系统中，其主要步骤如附图1所示。

如图4所示，该风电场有功控制系统主要包括调度中心、与调度中心双向通信的风电场有功控制装置以及与风电场有功控制装置双向通信的风电场风机集控系统，风电场风机集控系统控制多个风机控制终端，调度中心下发远方调度计划。

图1中步骤1描述的是，滚动更新风电场实时频率及风电场有功出力，其具体过程如图2所示，包括以下步骤：

步骤1-1：统计并更新风电场有功出力；

步骤1-2：实时监测风电场母线频率，判断频率采样状态，若频率采样正常，实时更新频率，进入步骤2；当频率采样异常时，判断异常持续时间是否超过相应的判断时间，如超过则表明频率采样持续异常，实时频率无效需要闭锁一次调频功能，风电场发电计划跟随远方调度计划且置一次调频出力变化需求△p＝0，跳转进入步骤5，如未超过，则保持上一次正常的实时频率，进入步骤2。

图1中步骤2描述的是，判断风电场是否可以参与电网一次调频，其具体过程如图3所示，即满足以下全部条件时，风电场可以参与电网一次调频，否则不可参与电网一次调频：①调度中心要求风电场参与电网一次调频；②风电场有功控制装置开放一次调频功能；③风机集控系统判断风电场当前具备一次调频能力；④风电场实时频率正常有效。

若风电场不可以参与电网一次调频，置一次调频出力变化需求△p＝0，风电场发电计划跟随远方调度计划，跳转进入步骤5。若风电场可以参与电网一次调频，进入步骤3。

图1中步骤3描述的是，判断风电场实时频率是否处于一次调频动作区间，并计算一次调频出力变化需求△p、计及一次调频需求的修正发电计划pplan′，其具体过程如下：

首先判断风电场实时频率是否处于一次调频动作区间，并计算一次调频出力变化需求△p。当风电场实时频率f处于一次调频动作区间(f>fmax1或f<fmin1)且持续确认时间达到tfr，认为风电场达到触发一次调频功能的条件，此时若f>fmax1，△p＝(fmax1-f)*△n，若f<fmin1，△p＝(fmin1-f)*△n；当风电场实时频率f不处于一次调频动作区间(fmin1≤f≤fmax1)，认定风电场实时频率未处于一次调频动作区间，此时△p＝0。其中，fmax1为触发一次调频上限值，fmin1为触发一次调频下限值，△n为频率对应出力调节量，tfr为触发一次调频确认时间。

然后计算计及一次调频需求的修正发电计划pplan′＝p出力+△p，p出力为风电场当前出力。

图1中步骤4描述的是，判断风电场是否已经处于一次调频过程中以及是否需要释放一次调频功能，并计算风电场发电计划，其具体过程如下：

首先判断风电场是否已经处于一次调频过程中，若风电场曾经触发一次调频功能且未释放一次调频功能，则风电场已经处于一次调频过程中，否则风电场未处于一次调频过程中。

若风电场未处于一次调频过程中，按以下方式计算并更新风电场发电计划：

若△p＝0，pplan_j＝pplan；

若△p>0，且pplan≥pplan′，则pplan_j＝pplan；

若△p>0，且pplan<pplan′，则pplan_j＝pplan′；

若△p<0，且pplan>pplan′，则pplan_j＝pplan′；

若△p<0，且pplan≤pplan′，则pplan_j＝pplan；

其中，pplan_j为风电场发电计划，pplan为远方调度计划，pplan′为计及风电场一次调频需求的修正发电计划，△p为一次调频出力变化需求。

若风电场已经处于一次调频过程中，判断风电场是否满足释放一次调频功能条件，计算并更新风电场发电计划；

当风电场实时频率f处于一次调频释放区间(fmin2≤f≤fmax2)，且持续确认时间达到tfr2，认定风电场满足释放一次调频功能条件，令pplan_j＝pplan(即风电场发电计划跟随远方调度计划)；其中fmax2为释放一次调频上限值，fmin2为释放一次调频下限值，tfr2为释放一次调频确认时间。所述fmin2应满足条件fmin1≤fmin2<50hz，所述fmax2应满足条件fmax2≥fmax1>50hz。

若风电场未满足释放一次调频功能条件，按以下方式计算并更新风电场发电计划：

若△p＝0，pplan_j不进行更新；

若△p≠0，计算待校核风电场发电计划pplan_j′并更新pplan_j；

pplan_j′计算方法如下：

若△p>0，且pplan≥pplan′，则pplan_j′＝pplan；

若△p>0，且pplan<pplan′，则pplan_j′＝pplan′；

若△p<0，且pplan>pplan′，则pplan_j′＝pplan′；

若△p<0，且pplan≤pplan′，则pplan_j′＝pplan；

pplan_j更新方法如下：

计算pplan_j′与当前pplan_j的差值△pplan_j＝|pplan_j′-pplan_j|；

若△pplan_j≥pmin，则pplan_j＝pplan_j′；

若△pplan_j<pmin，则pplan_j不进行更新；

其中，pmin为一次调频过程中发电计划更新最小差值，设置目的是为避免风电场在参与一次调频过程中，发电计划频繁小幅波动。

图1中步骤5描述的是，将滚动计算更新的风电场发电计划pplan_j、一次调频出力变化需求△p发送至风机集控系统，由风机集控系统协调控制各风机出力。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。