交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法与流程

1.本发明属于交流抽蓄电厂内部响应配合技术领域，特别是一种交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法。


背景技术：

2.近年来随着光伏和风电等新能源的大规模开发利用，电网中的新能源发电容量占比不断升高，一方面有效降低了化石燃料发电造成环境污染；另一方面，弱惯性的新能源机组规模化并网将降低电网的抗干扰能力，势必会对源端的调节能力提出更高的要求。交流励磁抽蓄机组相比传统调频机组对环境友好且拥有更快的响应速度，非常适合作为新型电力系统下的调频机组。
3.目前我国交流抽蓄机组数量少，势必会与传统机组并列运行，交流励磁抽蓄机组与同步抽蓄机组特性不同，所以必须要考虑交流励磁抽蓄厂内协同优化。交流励磁发电机与双馈风机类似，但是其作为大容量发电机组，要对电网稳定起支撑性作用，所以需要在风机功率控制基础上对交流励磁抽蓄机组控制上进一步研究，以达到交流抽蓄机组与同步抽蓄机组优势互补，提高电厂整体调频性能。
4.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法，首先分析交流励磁抽蓄机组与同步抽蓄机组的机组特性，提出交流励磁抽蓄机组与同步抽蓄机组的协同调频策略，应用此策略，交流抽蓄机组能够快速响应调频功率，并且同步抽蓄机组承担调频功率大容量变化平缓部分减少交流励磁抽蓄机组调频容量需求。
6.本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法包括：
7.自动发电控制系统agc对交流励磁抽蓄电厂发送调频功率指令；
8.抽蓄电厂根据acg指令修正电厂的发电计划曲线；
9.使用模态分解重构将所述目标功率转化为高频分量与低频分量；
10.将高频分量作为交流励磁抽蓄机组的目标功率曲线，低频分量作为恒速同步抽水蓄能机组目标功率曲线；
11.基于高频分量计算交流励磁抽蓄机组可调容量，基于低频分量计算恒速同步抽水蓄能机组可调容量；
12.基于交流励磁抽蓄机组与恒速同步抽水蓄能机组调频容量对交流励磁抽蓄机组的目标功率曲线与恒速同步抽水蓄能机组目标功率曲线之间进行二次分配；
13.对二次分配后的交流励磁抽蓄机组目标功率，按照各机调频容量进行交流励磁抽蓄机组之间的功率分配。
14.和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可以使含交流励磁抽蓄机组电厂大大提高对调频功率指令响应速度，且提出的交流励磁抽蓄机组与同步抽蓄机组协同调频方法可以改善参与调频机组的机组状态使其在调频期间可以稳定运行在合理区间，在提高调频响应速度的同时还提高了电厂调频容量。
附图说明
15.通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
16.在附图中：
17.图1是交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法的总流程图；
18.图2是仿真实例中系统拓扑结构图；
19.图3是仿真实例中抽蓄电厂根据接收到的agc信号修正后的发电计划曲线；
20.图4(a)至图4(b)是对修正后发电计划曲线进行变分模态分解分解数k＝10结果图；
21.图5(a)至图5(b)是对修正后发电计划曲线进行变分模态分解分解数k＝11结果图；
22.图6是仿真实例中分解重构后的高频分量示意图；
23.图7是仿真实例中分解重构后的低频分量示意图；
24.图8是仿真实例中交流励磁抽蓄机组100s调频功率分配示意图；
25.图9是仿真实例中交流励磁抽蓄机组转差率示意图；
26.图10是仿真实例中恒速同步抽蓄机组响应原始调频功率10s出力示意图；
27.图11是仿真实例中恒速同步抽蓄机组响应分解重构后调频功率10s出力示意图；
28.图12是仿真实例中交流励磁抽蓄机组响应原始调频功率20s出力示意图；
29.图13是仿真实例中交流励磁抽蓄机组厂内协同调频20s出力示意图；
30.图14是仿真实例中交流励磁抽蓄机组厂内协同调频出力与跟踪误差示意图。
31.以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
32.下面将参照附图1至图14更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
33.需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解
释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
34.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
35.为了更好地理解，如图1至图12所示，交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法包括，
36.自动发电控制系统agc对交流励磁抽蓄电厂发送调频功率指令；
37.使用模态分解重构将所述目标功率转化为高频分量与低频分量；
38.将高频分量作为交流励磁抽蓄机组的目标功率曲线，低频分量作为恒速同步抽水蓄能机组目标功率曲线；
39.基于高频分量计算交流励磁抽蓄机组可调容量，基于低频分量计算恒速同步抽水蓄能机组可调容量；
40.基于交流励磁抽蓄机组与恒速同步抽水蓄能机组调频容量对交流励磁抽蓄机组的目标功率曲线与恒速同步抽水蓄能机组目标功率曲线之间进行二次分配；
41.对二次分配后的交流励磁抽蓄机组目标功率，按照各机调频容量进行交流励磁抽蓄机组之间的功率分配。
42.在一个实施方式中，交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法，总流程图参见图1，所述方法具体包含有如下内容：
43.对目前交流励磁抽蓄机组和恒速同步抽蓄机组的调频容量进行估算，其中交流励磁抽蓄机组考虑其发电工况转差率限制[0，0.07]，转差率式中为转子转差率标幺值。
[0044]
交流励磁抽蓄机组采用最优转速控制由以下式子确定
[0045]
ω
ref
＝0.95+1.25(p
set-0.8)-0.25(h-0.8)
ꢀꢀ
(1)
[0046]gref
＝0.8+(p
set-0.8)-(h-0.8)
ꢀꢀ
(2)
[0047]
式中ω
ref
为参考转速，g
ref
为参考开度，p
set
为目标功率，h为水头。
[0048]
调频过程中水头近似不变，令h＝1，带入最优转速式中并考虑水轮机运行高效区可得交流励磁机组要运行在高效区间p
set
范围为[0.824，0.88]。
[0049]
恒速同步抽蓄机组功率上下限由下式确定：
[0050]
p
cs_max
(t)＝min{p
cs_max
，λδt+p
cs
(t-1)}
[0051]
p
cs_min
(t)＝max{p
cs_min
，-λδt+p
cs
(t-1)}
[0052]
式中：p
cs_max
(t)和p
cs_min
(t)分别为t调频时刻传统发电机组的功率上下限，水轮机带动的发电机出力范围比较宽泛，最小可达30％额定出力，本文将传统机组最小出力设为40％额定出力；λ为机组的爬坡速率，考虑机组的实际情况取得。
[0053]
首先根据电厂接收的调频功率指令，改变电厂发电计划，如从接收指令开始1小时内增发50mw功率，电厂下一小时发电计划增加50mw。用变分模态分解将调频功率指令分解重构，将高频分量和低频分量分别作为交流励磁抽蓄机群和同步抽蓄机群的调频功率。
[0054]
首先为了合理分配传统抽蓄机群和交流励磁抽蓄机群的调频容量，考虑两种调频资源的实际约束，将整个调频周期以1秒钟为时间尺度，确定每个调频间隔各机群的总调频
范围，将超出范围的功率指令进行二次分配，分配策略如表1所示。
[0055]
表1功率指令再分配过程
[0056][0057]
当处于情况a时，两种机群均越限，此时机群各自出力由限值决定，不再二次分配。
[0058]
当处于情况b时，若越限部分功率加上原调频功率不越限，则由另一机群完全承担越限功率，否则出力按限值确定。例如情况b(1)，此时，交流励磁抽蓄机群调频功率指令越下限，传统机组调频功率指令未越限，令若则令则令则令
[0059]
当处于情况c，均未越限，无需进行再次分配。
[0060]
本发明实例中，参与调频前各台交流励磁抽蓄机组工作状况不同，需要将交流励磁抽蓄机群的调频功率指令按调频容量再分配，基于此，本文提出单一机群机组间功率再分配策略如下。
[0061]
首先基于各个机组的功率约束，定义机组可增发功率系数ki，
[0062][0063]
式中p
max
(t)和p
min
(t)为t时刻根据机组约束条件计算得到的功率上下限。
[0064]ki
越大，代表机组可增发容量越多，将机组按照可增发系数由小到大排序，得到k
ij
，其中j代表排序后编号。
[0065]
假设第j个机组及以上的最大功率增量为
[0066]
[0067]
其中，为t时刻第j个机组最大功率增量，同理可求出t时刻第j个机组最大功率减量
[0068]
以交流励磁抽蓄机组为例，每台机组的t时刻的增发功率参考值计算如下
[0069][0070]
减发功率参考值计算如下
[0071][0072]
式中：m为参与调频的交流励磁抽蓄机组总数；δp
′
vs
(t)为t时刻经二次分配后交流励磁抽蓄机群的调频功率。注意计算减发功率，机组按1-ki排序。
[0073]
在此步骤，每个调频时刻计算所有机组的功率上下限并根据机组可调功率系数排序，当增发功率δp
′
vs
(t)小于某机组及以上最大功率增量时，该机组不增发功率；当增发功率δp
′
vs
(t)大于某机组及以上最大功率增量但小于下一级机组及以上最大功率，该等级及以上机组按可调功率系数分配功率；当增发功率δp
′
vs
(t)大于下一级机组及以上最大功率，该机组按最大功率增量运行。
[0074]
为了验证本交流励磁抽蓄机组厂内联合调频控制方法的有效性与正确性，在matlab/simulink中搭建如图2所示仿真模型，设抽蓄电厂内参与调频有交流励磁抽蓄机组和恒速同步抽蓄机组各三台，交流励磁抽蓄机组容量为300mw，恒速同步抽蓄机组容量为500mw，爬坡速率设为0.001pu/s，其中交流励磁抽蓄机组一、二、三号机的初始功率标幺值分别为0.84，0.852，0.872，三台同步抽蓄机组初始功率标幺值均为0.6，抽蓄电厂接收agc信号后将根据调频功率指令调整发电计划，如图3所示抽蓄电厂调整后一小时发电计划，其中功率负值代表较于0时刻功率减少。
[0075]
首先对图3所示计划曲线进行模态分解重构，分解数k选择通过判断是否存在模态混叠，如图4(a)至图4(b)为分解数k＝10时，10个子函数中imf3频率出现频率混叠，需要提高分解数k，当选择k＝11时分解结果如图5(a)至图5(b)所示，频率混叠消失。将得到的11个子波形以0.1hz作为高低频分界线也就是imf9～imf11之和作为低频分量，imf1～imf8，分别求和得到的高频分量与低频分量作为交流励磁抽蓄机群和同步抽蓄机群的增发功率指令δp，如图6，图7所示。
[0076]
首先基于交流励磁抽蓄机组与恒速同步抽水蓄能机组调频容量对交流励磁抽蓄机组抽蓄机组的高频目标功率曲线与恒速同步抽水蓄能机组的低频目标功率曲线之间进行二次分配，以0时刻为例，如图6中交流励磁抽蓄机组0时刻目标功率为-10mw，根据300mw容量换算交流励磁抽蓄机组需要减发0.033pu功率也就是δp
vs
(0)＝-0.033，图7中恒速同步抽蓄机组0时刻目标功率为0.0032mw，根据500mw容量换算恒速同步抽蓄机组需增发0.000006pu功率即δp
cs
(0)＝0.000006，三台交流励磁抽蓄机组在0时刻的总调频容量计算如下：
[0077]
可减发功率
[0078]
可增发功率
[0079]
三台恒速同步抽蓄机组在0时刻的总调频容量计算如下：
[0080]
可减发功率
[0081]
可增发功率
[0082]
根据计算结果满足交流抽蓄机组满足恒速同步传统抽蓄机组满足即根据表1符合情况c，0时刻功率不需要二次分配。
[0083]
如图8为本实例下三台交流励磁抽蓄机组接收的增发功率指令，按机组剩余调频容量进行调频目标分配，3号机为三台调频机组中转差率最小，转速最高机组，可增发容量不足但有充足的下调空间，图8可以看到初始调频功率由3号机完全响应，随后1号，2号机才依次响应，由图9所示交流励磁抽蓄机组转差率在这1小时内基本保持在[0，0.07]范围内，证明功率分配是合理的。
[0084]
单一机组参与调频如单同步抽蓄机组由于爬坡速率限制，对于调频功率响应远慢于交流励磁抽蓄机组，如图10所示，在调频初期同步抽蓄机组经6s逐步跟上调频功率指令，而采用本研究重构后低频功率信号变化平缓且初始值较小，跟踪误差显著减少如图11。由于交流励磁抽蓄机组在功率越限后会退出调频，单一交流励磁抽蓄机组调频结果如图12所示，虽然跟踪效果好但容易达到机组容量上下限从而无法继续参与调频。图13为本研究方法下机组在调频初期功率响应，可以看到相较于图11响应速度显著提升。
[0085]
在使用交流励磁抽蓄机组厂内协同调频方法后，抽蓄电厂的调频功率与跟踪误差如图14所示，与原始调频信号误差在0.25％以内，很好的跟踪了调频功率信号，证明了本方法在兼顾快速性的同时保证了调频性能，提高抽蓄电厂整体效益。
[0086]
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。