考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法与流程

本发明一种考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，属于风力发电领域和电力系统调频领域。

背景技术：

在现代控制技术的支持下，风电场根据实时风速水平降载参与电力系统二次调频，不仅能增加系统调频储备及其灵活性，还能获得调频辅助服务收益，是应对大规模新能源并网引起的频率稳定问题的重要方法。此方法的主要思路为：在超短期负荷预测和模型预测控制的条件下，由二次调频系统向风电机场和传统二次调频机组(燃煤机组、水电机组)在合适时刻发送二次调频指令，从而达到消除区域功率偏差量(areacontrolerror,ace)的目的。目前采用的一种具体的方法是：基于最优agc控制的常规二次调频机组与风电场协同二次调频控制。

含风电场的最优agc控制方法采用的是同步协调策略，即风电场和常规二次调频机组同步时间间隔执行调频指令。但是，风电场不同协同时间点下的调节速率和调频能力受实际风速影响很大，上述策略忽略了实际风速变化对风电场调频能力的影响从而造成风电场与常规机组协同失败降低了电力系统频率控制性能，严重影响了风电场参与辅助服务的工程运用效果。

因此，在含有风电场的最优agc控制中，风电场可以向最优agc控制系统超前发送风电场的协同点与调节速率信息，然后与常规调频机组进行异步协同调频控制，从而保证风电场调频的准确、高效进行。在实际操作中，超前协同信息发送方法与两种：一次性发送方式，如说明书附图的图2所述；修正-迭代发送方式，如说明书附图的图3所示。

一次性发送方式指风电场在实时调度周期的初始时刻把获得的风电场协同响应间隔△τc发送给滚动最优agc控制系统，后期风电场调频控制均按此次的协同周期与速率进行响应。修正-迭代发送方式则是在响应一次协同间隔后重新修正后续的风电场的响应时间间隔-更新的风电场响应信息再上送给最优agc控制系统，依次迭代进行，直到调度周期结束。然而，这两种方式中，任何一种协同信息的发送方式，都将面临风电场变协同时刻点难以确定的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，该方法以二次调频机组发送调频指令的时间间隔为信息前提，按照调频指令信息对风电场在超短期负荷预测下确定调频点，根据所得结果引入近似斜率区间判别方法，筛选出风电场异步调频协同点，计算风电场调频时间间隔。这一过程在保证风电场有效调频能力释放的前提下降低了风电场的调频次数，起到了减少风电场调频控制机会成本，减轻常规机组调频备用压力的作用。

本发明采取的技术方案为：

考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，包括以下步骤：

步骤1：选取二次调频机组下发调频指令的时刻点；

步骤2：确定风电场在超短期负荷预测模型下所得调频点的调频备用容量范围；

步骤3：针对采样所得的风电机组调频点，构建近似斜率区间；

步骤4：基于构建的近似斜率区间，计算风电场的响应时间间隔。

考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，首先考虑了二次调频机组发送调频信息的周期，再以指令发送周期为标准，进行风电机组的最大功率运行点的采样，最后将采样结果引入近似斜率区间，确定实际运作过程中需要被降载运行的调频点，从而提高风电场调频点精度，减少风电场调频控制的机会成本。

本发明一种考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，技术效果如下：

(1)：本发明的提出对传统二次调频机组与风电机组的高效协同问题中存在的技术难点提供了一种解决方案。该方法解决了协同过程中风电场的调节速率和协同时间间隔的计算难题，为风电机组辅助二次调频机组进行调频控制提供了技术依据。

(2)：风电机组并网参与电力系统调频时存在的异步调控问题，均可按照本发明方法解决，使风电场具有在现有电力系统调频控制框架下实现调频辅助服务的能力，避免了新调频资源引入带来的控制机制不相容的难题。

(3)：相比风电场与常规调频机组以固定调节指令间隔同步协同的方式来看，本发明方法一方面使风电场在面临高波动型风速时能及时反馈风速变化信息，确定有效调频协同点，提高了风电场调频点精度，避免风电场与传统调频机组之间出现误协同现象；另一方面，使得在平稳型风速下调频时，本发明方法能有效减少风电场不必要的调频次数，提高了风电场机组的运行经济性和使用寿命。

(4)：本发明从新能源利用的可塑性角度出发，充分考虑了风电机组在参与二次调频过程中将涉及到的随机性和波动性大的问题，以减少在调频过程中的控制调节次数，从而降低风电场调频控制的机会成本。因此，本发明方法在很大程度上保证了整体二次调频方案的高效性和经济性。

附图说明

图1为本发明风电机组调频点构建近似斜率区间示意图。

图2为背景技术中所述风电场协同信息发送方式中一次性发送方式示意图。

图3是背景技术中所述风电场协同信息发送方式中修正-迭代发送方式示意图。

图4是具体实施方式步骤2.1中所述最大跟踪曲线mppt及降载曲线mppt-d。

图5是本发明实施例一风电场最大功率跟踪曲线示意图。

图6是本发明实施例一风电场最大功率跟踪曲线构建近似斜率区间示意图。

图7是本发明实施例一风电场功率指令下发时间间隔示意图。

图8是本发明实施例二高波动型风速模型下风电场异步协同调频点分布图。

图9是本发明实施例二平稳型风速模型下风电场异步协同调频点分布图。

具体实施方式

考虑实际风速特性的风电场变协同调频控制方法，包括以下步骤：

步骤1：选取二次调频机组下发调频指令的时刻点，包括以下步骤：

步骤1.1：确定一个xy型直角坐标系，令x轴表示时间，y轴表示功率；

步骤1.2：选择二次调频机组第一次下发调频指令的时间，取此下发时间对应的x值，任意选择正半轴的某一y值后确定一点，将此点作为二次调频机组的指令初次下发点，从初次下发点开始，以二次调频机组接受指令的周期时间△t对应于x轴的长度，为时间间隔周期重复取点。周期时间△t＝5s。

步骤2：确定风电场在超短期负荷预测模型下所得调频点的调频备用容量范围；

步骤2.1：以二次调频机组下发时间间隔△t为尺度，△t＝5s，采样得到风电场功率点预测值，形成离散最大功率跟踪mppt曲线，将整体离散最大功率跟踪mppt曲线离散点图形放入xy型直角坐标系，引入降载系数d，形成降载曲线mppt-d。曲线图mppt和mppt-d如图4所示。

步骤2.2：以风电机组调频运行点为基点，在原有值的基础上加减△p，并绘出相应线段，设原运行点为a点，则此运行点对应的调频备用范围为[△pa,min，△pa,max]，其中，△pa,min＝pa-△p，△pa,max＝pa+△p。其中，△pa,min代表风电机组调频运行点a向下调频可达到的运行功率最小值，△pa,max代表风电机组调频运行点a向上调频可达到的运行功率最大值，pa为风电机组调频原运行值。

步骤3：针对采样所得的风电机组调频点，构建近似斜率区间；

首先在风电机组运行点图像上找出初始点，设为a,假设点b＝a+1，点c＝a+2，点b在点a,c点组成近似斜率区间内时将满足相应的判别式，表示包含在点a到点c组成的区间内运行点的爬坡速率相同；迭代c值，使c＝c+1，并再次判断b＝a+1是否满足判别式的要求；若满足，取b＝b+1，继续迭代进行判断，同时，b的取值始终小于c；若不满足，则得到近似斜率区间的构成点为a和c-1，取a＝c-1进行迭代，迭代后的a点为转折点，继续进行下一个近似斜率区间的建立与相关运行点的判别。

判断运行点b是否在点a和点c所构成的区间，通过以下表达式进行判别：

式中：a＜b＜c。

其中，φ表示通过计算运行点功率-时间关系的斜率差来判别运行点b是否超过运行点a与运行点c所组成的近似斜率区间上限，当φ不大于0时表示运行点b未超过近似斜率区间上限，符合上限要求。

表示通过计算运行点功率-时间关系的斜率差来判别点b是否超过运行点a与运行点c所组成的近似斜率区间下限，当不小于0时表示已超过近似斜率区间下限，符合下限要求。当φ和的积小于等于0时表明两项要求均符合，即点b位于运行点a与运行点c所组成的近似斜率区间内。

ta代表风电机组调频运行点a所对应的调频时间，tb代表风电机组调频运行点b所对应的调频时间，tc代表风电机组调频运行点c所对应的调频时间。

步骤4：基于构建的近似斜率区间，计算风电场的响应时间间隔。

风电场响应时间间隔以△τ＝λ△t(λ∈z)时间间隔接收频率控制指令，指令周期为系统采样和考核周期，其中，每一个近似斜率区间的首位点和末尾点所对应在x轴上的时间差值，即为所求的风电机组调频响应时间间隔。其中，△t代表二次调频机组下发指令的时间间隔，λ代表风电场响应时间间隔与二次调频机组下发指令时间间隔的比，z表示任意正整数。

为了证明本发明所提方法的有效性及优越性，设置了两组实施例进行对比分析：

方案1：

(1)：基于二次调频机组调频指令下发时间，对风电场最大功率生成点进行采样所得最大功率采样图形如图4所示。

(2)：构建近似斜率区间：采用本发明所提方法，将以上mppt曲线进行降载处理，并将所得运行点进行编号，编号为1，2，3，……按照原方法界定出相应的可调频备用容量范围，开始构建近似斜率区间。如图5所示，取编号为1的点为初始转折点，将点1和点3所在的表示风电场调频备用范围的线段ab、cd作为近似斜率区间的两条边，点2在此近似斜率区间内。此时，选取点4代替点3重新建立近似斜率区间，判断点2和点3是否在新的近似斜率区间内，按照判别式计算发现点3不在由点1和点4构建的区间呢，则此区间不满足要求，第一个有效的区间仍为abcd。继续以点3为转折点构建近似斜率区间，选择点3和点5构建近似斜率区间cdef，按照判别式判断得出点4在此区间内，继续以点3和点6构建区间，判别式得出点4，5均不在此区间内，此区间不满足要求，第二个有效区间仍为cdef。

(3)：基于本发明方法，计算出风电场调频时间间隔：

由图6可知，风电场指令周期为常规调频机组的最小公倍数，即△τ＝λ△t,(λ∈z)。由图6分析可知，此方式可行，满足最初的创立要求。其中，△τ1＝2△t，△τ2＝2△t。

方案2：

本实施例以某风电场2017年某月风速生成风电场最大功率跟踪曲线的信息为基础，控制区域频率偏差系数ε1为12mw/0.1hz；联络线功率偏差限制为±50mw；频率偏差限制为±0.2hz；指令执行间隔为5s。本案例主要比较了在高波动型风速和平稳型风速情况下风电场异步协同调频点分布情况。

针对高波动性风速和平稳型风速，在超短期负荷预测下分别绘制出其相应的mppt离散曲线，应用本发明中涉及的近似斜率区间找出实际调频点，并计算出调频时间间隔间隔。对比图7和图8，可看出高波动型风速下的风电场调频点，明显多于平稳型风速下的风电场调频点，这主要是因为在平稳型风速下系统整体的波动幅度也会减小，相比高波动型风速时段的调频需求要小。与二次调频机组和风电场最优化异步协同运作的模式相比，使二次调频机组和风电场以固定调节指令间隔的同步协调最优策略无法实现调频备用和调频需求间的最优匹配。