一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法与流程

本发明属于电网频率控制技术领域，具体涉及一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法。

背景技术：

随着我国新能源的大力开发，风电、光伏发电装机容量在电网中的占比越来越大，其随机性、间歇性和不可调节性使电网稳定性快速降低，给电网调频带来巨大挑战，使得电网对调频的灵活性要求越来越高，尤其在光伏发电和风电集中的地区，电网调频容量需求显著增加。而作为电网主要调频电源之一的水轮发电机组，由于水锤引起的反调作用使机组响应时间增加，存在调频动作较慢等问题。因此，有必要拓展我国调频资源、丰富一次调频技术手段。

水泵是电力系统中大型工业用户，广泛应用于发电厂、水处理厂、农业灌溉等，尤其变速水泵的节能作用，使其用量逐年增加。水泵的输入功率与转速的三次方成正比，若调节水泵的转速，则可快速调整其输入功率，从而从负荷侧调节电网有功功率平衡，相当于承担电网的一次调频功能，可大大拓展调频资源。

变速水泵可以通过变频器快速改变转速，达到快速调节输入功率的目的，其响应速度与水轮发电机组相比更快，甚至可达到ms级。因此，利用变速水泵从负荷侧响应并参与电网一次调频，是一种行之有效的方法，但目前的变速水泵及控制方法仅起到节能的用途，不能参与电网调频。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，解决了大规模光伏、风力发电集中接入电网，导致一次调频资源匮乏、电网稳定性降低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，采用一种变速水泵调频系统进行电网一次调频，变速水泵调频系统包括变速水泵和一次调频控制系统，变速水泵连接一次调频控制系统，变速水泵包括水泵、电动机和变频器，一次调频控制系统包括依次连接的转速测量模块、频率控制模块和频率测量模块，转速测量模块和频率测量模块分别将实时水泵转速和实时电网频率信息传递给频率控制模块，频率控制模块的输出端连接至变频器，频率控制模块包括频率死区环节、频率调节器和转速限制环节；

当电网频率偏差超过设置的频率死区时，根据电网频率偏差信息，频率调节器发出控制命令，即相应的转速调整量，与实时水泵转速结合，经过转速限制环节限幅后作为转速给定值输出到变频器，控制电动机转速，从而控制变速水泵的输入功率，实现电网频率的调节。

本发明的其他特点还在于，

具体操作过程包括如下步骤：

步骤1，设置电网给定频率fn为50hz，实时电网频率f与fn比较，计算电网频率偏差δf＝|f-fn|；

步骤2，设置频率控制参数，包括一次调频允许频率动作死区以及转速调节上下限；

步骤3，步骤1得到的频率偏差值δf经过频率死区环节，当电网频率偏差δf超过步骤2设置的频率死区时，频率调节器输出相应的转速调整量δω；当频率偏差值δf在允许频率动作死区范围内，水泵仅作为常规水泵抽水，不参与电网一次调频；

步骤4，将转速调整量δω与实时水泵转速ω相结合，为ω±δω，经过转速限制环节限幅后作为转速给定值ωr输出到变频器，通过变频器调节水泵的转速，以此调节水泵的输入功率，从而实现对电网频率的调节。

步骤2中频率死区根据电网一次调频需求以及变速水泵的运行工况来确定；转速调节上下限则依据泵站允许的流量变化范围确定。

本发明的有益效果是，一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，通过一次调频控制系统的设计解决了大规模光伏、风力发电集中接入电网，导致一次调频资源匮乏、电网稳定性降低的问题。相比于现有技术具有以下优势：

(1)变速水泵参与电网一次调频能拓展电网调频资源，丰富一次调频手段，同时其转速可以连续调节，能够随时满足输入功率变化的要求，能够24小时响应电网一次调频的需求。

(2)由于水泵输入功率与转速的三次方成正比，变速水泵通过转速调节可以实现功率快速调整，能更好的平衡风电、光伏等的随机波动，提高电网稳定性。

(3)从电网负荷侧参与一次调频，允许增加新能源的生产而不需要增设专门的调频电站，降低电力系统投资成本。

(4)在不影响泵站正常运行的前提下，通过为电网提供有偿辅助服务，能够给泵站带来可观的经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法的变速水泵调频系统结构示意图；

图2是本发明的一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法中频率控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，采用一种变速水泵调频系统进行电网一次调频，如图1所示，变速水泵调频系统包括变速水泵和一次调频控制系统，变速水泵连接一次调频控制系统，变速水泵包括水泵、电动机和变频器，一次调频控制系统包括依次连接的转速测量模块、频率控制模块和频率测量模块，转速测量模块和频率测量模块分别将实时水泵转速和实时电网频率信息传递给频率控制模块，频率控制模块的输出端连接至变频器，频率控制模块包括频率死区环节、频率调节器和转速限制环节；

如图2所示，在频率调节器中预置控制策略，当电网频率偏差超过设置的频率死区时，根据电网频率偏差信息，频率调节器发出控制命令，即相应的转速调整量，与实时水泵转速结合，经过转速限制环节限幅后作为转速给定值输出到变频器，控制电动机转速，从而控制水泵的输入功率，实现电网频率的调节。

本发明的一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，具体操作过程包括如下步骤：

步骤1，设置电网给定频率fn为50hz，实时电网频率f与fn比较，计算电网频率偏差δf＝|f-fn|；

步骤2，设置频率控制参数，包括一次调频允许频率动作死区以及转速调节上下限；

步骤2中频率死区根据电网一次调频需求以及变速水泵的运行工况来确定；转速调节上下限则依据泵站允许的流量变化范围确定；

步骤3，步骤1得到的频率偏差值δf经过频率死区环节，当电网频率偏差δf超过步骤2设置的频率死区时，频率调节器根据预置控制策略输出相应的转速调整量δω；当频率偏差值δf在允许频率动作死区范围内，水泵仅作为常规水泵抽水，不参与电网一次调频；

步骤4，将转速调整量δω与实时水泵转速ω相结合，为ω±δω，经过转速限制环节限幅后作为转速给定值ωr输出到变频器，通过变频器调节水泵的转速，以此调节水泵的输入功率，从而实现对电网频率的调节。

当电网频率大于50hz时，说明电网有功功率过剩，需要增加电网负荷使有功功率平衡，此时一次调频控制系统通过以上四个步骤增加变速水泵的转速使其增加输入功率，从而使电网频率下降。

相反，当电网频率小于50hz时，说明电网有功功率不足，需要减少电网负荷使有功功率平衡，此时一次调频控制系统通过以上四个步骤减少变速水泵的转速使其减少输入功率，从而使电网频率上升。

本发明的一种利用变速水泵参与电网一次调频的方法，解决了大规模光伏、风力发电集中接入电网，导致一次调频资源匮乏、电网稳定性降低的问题；本发明采用变速水泵通过变频器快速改变转速，同时由于输入功率与转速的三次方成正比，可以达到快速调节输入功率参与电网一次调频的目的，其响应速度与水轮发电机组相比更快，甚至可达到ms级。因此，利用电网中大量变速水泵负荷，从负荷侧为电网提供高质量调频辅助服务，是提高电网稳定性、增强电网调频能力的有效方法。不仅能拓展电网调频资源，丰富一次调频手段，提高电力系统安全稳定性，同时可充分发挥现有资源，降低电力系统投资成本，还能通过调频辅助服务给泵站带来可观的经济效益。