一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质与流程

本发明涉及电力系统，具体而言，涉及一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质。

背景技术：

1、近年来，为了应对气候变暖和能源紧张等问题，以清洁能源替代化石能源愈发成为了电力系统发展的重要趋势。新能源场站以可再生能源作为主要电力来源，并通过电力电子变换器并网，导致新能源场站具有低惯性的特点，其加剧了在负荷水平发生波动时维持频率在允许范围内的难度，因此调频问题是对新能源场站的规划运行时需要考虑的重要问题之一。

2、就目前而言，虚拟同步发电机控制的有功-频率控制模块可以根据设定的下垂系数在发生负荷波动时自动分配不平衡功率，维持系统功率平衡。然而目前的研究一方面集中在改变电力系统的等效惯性常数，在惯性设备本身就很少的新能源场站内通常难以适用上述研究；另一方面主要针对电力系统在特定运行场景下进行优化，其在系统后续运行中难以保证频率限制在允许范围内。基于此，针对上述问题，我们设计了一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质，其通过调整虚拟同步发电机控制中的下垂系数，能够实现新能源场站不平衡功率在各虚拟同步发电机控制的新能源中的最优分配，达到快速消除系统不平衡功率的效果，维持了新能源场站的频率安全，并且通过实际的新能源出力、负荷功率与频率的量测，能够反映新能源场站的实际运行状态和实际需求，以此预测未来时段内的频率响应情况，提高了新能源场站的频率安全性。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质，该方法的步骤包括：

4、基于虚拟同步发电机的虚拟转子运动方程和新能源场站的转子运动方程之间的数学关系，构建频率响应模型；

5、获取量测系统的历史量测数据，并代入至频率响应模型中，对频率响应模型的系统矩阵进行优化，得到优化后的系统矩阵，以表征为虚拟同步发电机的下垂系数；

6、获取量测系统的实时量测数据，基于量测系统的实时量测数据预测未来t时段内是否存在频率越限，若不存在，则获取量测系统的实时量测数据重新进行预测；若存在，以设定算法对下垂系数进行优化，得到虚拟同步发电机的最优下垂系数。

7、可选的，所述虚拟同步发电机的虚拟转子运动方程，具体计算公式如下：

8、

9、

10、其中，pm，i为第i个虚拟同步发电机控制的新能源的虚拟机械功率，pm0，i为虚拟机械功率的额定值，ri为有功-频率下垂系数，ti为虚拟时间常数，ω0和ω分别为新能源场站的额定角频率和实际角频率，δt为积分区间，

11、可选的，所述新能源场站的转子运动方程，具体计算公式如下：

12、

13、

14、其中，pe为新能源场站不平衡功率，h为新能源场站等效惯性常数，

15、

16、pc，i为下垂控制的有功出力，ω(t)为t时刻的角频率。

17、可选的，所述频率响应模型的计算公式如下：

18、ω(t+1)＝aiω(t)+bipmi(t)+ci

19、ω＝a∑pm，i+b

20、其中，ai、bi和ci为常系数，a为常系数矩阵，b为常系数向量。

21、可选的，所述对频率响应模型的系统矩阵进行优化，具体计算公式如下：

22、

23、其中，ωm为实际量测的新能源场站频率组成的向量；ω为新能源场站频率理论值。

24、可选的，所述以设定算法对下垂系数进行优化，所述设定算法的具体计算公式为：

25、

26、其中，ω0为t时段有关的由额定频率组成的向量，ωt为t时段内的预测频率。

27、一种新能源场站频率的预测控制系统，其应用于所述的新能源场站频率的预测控制方法，包括：

28、构建单元：基于虚拟同步发电机的虚拟转子运动方程和新能源场站的转子运动方程之间的数学关系，构建频率响应模型；

29、第一获取单元：获取量测系统的历史量测数据；

30、第一优化单元：将量测系统的历史量测数据代入至频率响应模型中，对频率响应模型的系统矩阵进行优化，得到优化后的系统矩阵，以表征为虚拟同步发电机的下垂系数；

31、第二获取单元：获取量测系统的实时量测数据；

32、第二优化单元：基于量测系统的实时量测数据，并以设定算法对下垂系数进行优化，得到虚拟同步发电机的最优下垂系数。

33、可选的，还包括判定单元，所述判定单元设置在第二获取单元与第二优化单元之间，其具体为：基于量测系统的实时量测数据预测未来t时段内是否存在频率越限，若不存在，则获取量测系统的实时量测数据重新进行预测；若存在，执行第二优化单元的功能。

34、一种电子装置，包括：

35、存储器，用于存储计算机程序；

36、处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述的新能源场站频率的预测控制方法的步骤。

37、一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的新能源场站频率的预测控制方法的步骤。

38、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

39、本发明实施例通过调整虚拟同步发电机控制中的下垂系数，能够实现新能源场站不平衡功率在各虚拟同步发电机控制的新能源中的最优分配，达到快速消除系统不平衡功率的效果，维持了新能源场站的频率安全，并且通过实际的新能源出力、负荷功率与频率的量测，能够反映新能源场站的实际运行状态和实际需求，以此预测未来时段内的频率响应情况，提高了新能源场站的频率安全性。

技术特征：

1.一种新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

2.根据权利要求1所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机的虚拟转子运动方程，具体计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，所述新能源场站的转子运动方程，具体计算公式如下：

4.根据权利要求3所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，所述频率响应模型的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，所述对频率响应模型的系统矩阵进行优化，具体计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，所述以设定算法对下垂系数进行优化，所述设定算法的具体计算公式为：

7.一种新能源场站频率的预测控制系统，其应用于如权利要求1-6任一项所述的新能源场站频率的预测控制方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的新能源场站频率的预测控制系统，其特征在于，还包括判定单元，所述判定单元设置在第二获取单元与第二优化单元之间，其具体为：基于量测系统的实时量测数据预测未来t时段内是否存在频率越限，若不存在，则获取量测系统的实时量测数据重新进行预测；若存在，执行第二优化单元的功能。

9.一种电子装置，其特征在于，包括：

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的新能源场站频率的预测控制方法的步骤。

技术总结
本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种新能源场站频率的预测控制方法、系统、装置及介质，该方法的步骤包括：基于虚拟同步发电机的虚拟转子运动方程和新能源场站的转子运动方程之间的数学关系，构建频率响应模型；获取量测系统的历史量测数据，并代入至频率响应模型中，对频率响应模型的系统矩阵进行优化，得到优化后的系统矩阵，以表征为虚拟同步发电机的下垂系数；获取量测系统的实时量测数据，基于量测系统的实时量测数据预测未来T时段内是否存在频率越限，若不存在，则获取量测系统的实时量测数据重新进行预测；若存在，以设定算法对下垂系数进行优化，得到虚拟同步发电机的最优下垂系数。

技术研发人员：付小标,王晶,王尧,高鹏,李宝聚,于宗民,孙勇,涂骏峰,张海锋,范梁晨曦,李云鹏
受保护的技术使用者：国网吉林省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15