风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制协调方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力系统直流控制技术领域的一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制协调方法，针对实际存在的问题；采用在扰动发生时刻计算系统频率偏差峰值，将扰动分为不同的类型和程度，从而选择合适的直流调制控制策略，使得FLC在负荷突然变化或故障时立即投入，在风功率缓慢变化时暂不投入，最大程度利用AGC对风能的消纳能力，降低无功设备的动作次数；其次，在系统AGC能力不足，需要直流调制参与风功率波动消纳的情况下，将风功率波动分为高频段与低频段分别进行直流跟踪调制，最大程度利用一次调频对高频风功率波动的消纳能力，降低无功设备的动作次数，有效减少无功设备投切次数；避免了直流无功补偿设备的频繁投切。

【技术实现步骤摘要】
风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制协调方法
本专利技术属于电力系统直流控制
，特别涉及一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制协调方法，
技术介绍
我国风能资源丰富，主要集中分布于西部、北部地区，如新疆哈密、甘肃酒泉、蒙东蒙西等地区。受能源资源和负荷“逆向”分布的特点所限，及西北地区风电火电同时存在外送需求，将风电与火电打捆并经特高压直流系统外送已经成为西北地区大规模风电开发与并网的重要模式。风电出力具有波动性和随机性，随着风电渗透率的不断升高，系统转动惯量减少，调频能力下降，故需利用直流输电系统有功与无功可灵活控制的特点，适应风电的波动特性及故障特性，提高风电接入系统的安全稳定性。目前传统的直流多以直流频率限制控制器(FLC)的形式参与系统频率调节，系统频率偏差量超过死区后，FLC迅速响应，快速改变直流系统输送有功,从而抑制交流系统频率变化。但风功率波动频繁，造成FLC频繁动作，增加了高压直流无功设备的投切次数，减少其使用寿命。因此如何建立合理有效的FLC与AGC协调方法，充分利用AGC消纳较慢频率负荷的功能以减少直流动作，是当前直流参与频率调节亟需解决的问题。文献1《向家坝-上海特高压直流系统孤岛运行方式》采用频率限制控制器(FLC)，使直流系统响应电网频率变化，通过调整直流线路功率改善系统频率稳定性。文献2《高压直流输电系统孤岛运行调频策略》针对南方电网高压直流输电系统孤岛运行方式，阐明孤岛方式下优先利用FLC平衡功率波动、放大机组一次调频死区作为后备措施、优先调整机组功率、利用FLC自动跟随的调频策略。文献3《孤岛方式下云广直流自动功率调整功能与小湾电厂AGC配合的仿真》分析表明孤岛方式下电厂自动发电控制(AGC)投入并走自动功率曲线，在直流频率限制器作用下，直流功率能够快速匹配，从而实现孤岛系统功率的平稳调整。上述方法虽然从不同角度对孤岛方式下直流调制参与系统频率稳定策略进行了一定研究，但未考虑在风火打捆背景下，机组AGC与直流FLC关于消纳不同类型扰动的配合策略。实际上存在的问题是电力系统自动发电控制作为二次调频，针对的是变化幅度较大、变化频率较慢的负荷波动，以满足系统频率稳定的要求；在风功率变化频率较慢时，由AGC进行消纳；但在当前FLC控制策略下，风功率出现波动时，直流调制响应迅速，FLC将先于自动发电控制(AGC)机组消纳功率不平衡量，使得直流动作过于频繁，直流无功调节设备投切次数增加，影响设备的使用寿命，火电机组调频能力利用率下降，AGC无法实现其消纳变化频率较慢负荷的功能。因此，为解决上述问题，有必要给出一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制协调方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制的协调方法；其特征在于，针对实际存在的问题；采用在扰动发生时刻计算系统频率偏差峰值，将扰动分为不同的类型和程度，从而选择合适的直流调制控制策略，使得FLC在负荷突然变化或故障时立即投入，在风功率缓慢变化时暂不投入，最大程度利用AGC对风能的消纳能力，降低无功设备的动作次数；其次，在系统AGC能力不足，需要直流调制参与风功率波动消纳的情况下，将风功率波动分为高频段与低频段分别进行直流跟踪调制，最大程度利用一次调频对高频风功率波动的消纳能力，降低无功设备的动作次数，有效减少无功设备投切次数；具体包括以下步骤：(1)利用简化频率偏差响应模型计算频率偏差峰值，将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机-调速器模型等值拟合成单台原动机-调速器模型，将系统有功不平衡量引起的电网频率偏差响应近似等效为一个单机带负荷系统的频率偏差响应；由该模型得到有功功率扰动造成的频率偏差峰值与扰动量大小及扰动时刻的频率偏差变化率均成正比，则频率偏差峰值由扰动时刻频率偏差变化率计算得到；(2)根据扰动瞬间频率偏差变化率对系统扰动程度进行判断，实现不同程度的直流频率限制控制，在系统出现有功扰动时，通过对扰动瞬间频率偏差变化率进行测量，将系统有功扰动分为缓慢变化扰动，小幅瞬时扰动，大幅瞬时扰动或系统故障；设置直流频率限制控制器在缓慢变化扰动时不投入；小幅瞬时扰动时限制动作幅值；大幅瞬时扰动或系统故障时正常投入，以保证系统频率稳定。通过对扰动类型和程度的识别，使直流频率限值控制采用对应的投入策略，减少直流调整次数，避免了直流无功调节设备频繁动作。此外，实时监控系统频率偏差，当其超过0.2Hz时，应正常投入FLC，避免调节能力不够致使系统频率超过稳定范围；(3)AGC能力不足情况下，直流动态跟随风功率波动以消纳风能，将直流有功功率调制信号，及风功率波动信号通过分频器分成高频通道和低频通道，在远离剪切频率的高频段(0.015-0.25Hz)设置更小的限幅，低频段(0-0.015Hz)正常设置；对于波动程度较大的低频段风功率波动，直流正常跟随以保证系统频率稳定；对于波动程度小于低频段的高频段风功率波动，系统一次调频起主要作用，直流限定幅值避免无功设备投切，以最大程度利用一次调频消纳高频风功率，减少了直流无功设备投切次数。所述步骤(1)包括以下内容：1)将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机-调速器模型等值拟合成单台原动机-调速器模型；2)系统有功扰动表示为阶跃函数Pstep/s，由上述1)得频域下系统频率偏差响应为：故时域解为：其中上述式(1)-式(5)中，H为单机惯性常数，D为系统负荷调节系数，R为调差系数，Km为机械功率增益系数，TR为再热时间常数，ΔPd为系统中的有功功率变化量；ΔPm为有功功率变化引起的原动机机械功率变化量；Δω为电网频率偏差；上述公式中的Ф、ωn、ωr、ξ、Km、t、α、Ф1没有明确的含义，只是为了简化公式书写而设定符号；对式(2)求导得令t＝0当dΔω/dt＝0，频率偏差达到最大值Δωmax；即Δωmax＝NΔPe(10)由式(6)、(9)能得，扰动瞬间频率偏差变化率正比于系统频率偏差峰值，故系统频率偏差峰值可由测量得到的频率偏差变化率计算得到。所述步骤(2)包括以下内容：1)由步骤(1)中计算方法，计算得到典型风功率波动下系统频率偏差变化率，取该频率偏差变化率两倍得到频率偏差变化率df1，用以区分系统不平衡有功突然变化和风功率波动造成的系统不平衡有功缓慢变化；计算得到在FLC不动作时，使系统频率偏差峰值达到0.2Hz的频率偏差变化率df2，用以区分系统有功不平衡量的小幅突然变化及大幅突然变化；2)判断系统是否出现发电机脱网故障，若出现发电机脱网，则需重新修正等值单机系统参数，并重新计算df1及df2，修正公式如下：其中m代表第m台发电机脱网；n代表系统发电机总数；Hj为第j台发电机的惯性时间常数；Rj为第j台发电机的调差系数；Mbasej为第j台发电机的额定容量；Hnew为第m台发电机脱网后系统新的等效单机惯性时间常数；Rnew为第m台发电机脱网后系统新的等效单机调差系数。3)测量扰动瞬间系统频率偏差变化率df0，并与df1、df2进行比较，采取相应的FLC投入策略；若df0＜df1，判断扰动为风功率波动，FLC不投入，风功率波动完全由系统AGC进行消纳；若df1＜df0＜df2，判断扰动为不平衡有功小幅突然变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制的协调方法；其特征在于，针对实际存在的问题；采用在扰动发生时刻计算系统频率偏差峰值，将扰动分为不同的类型和程度，从而选择合适的直流调制控制策略，使得FLC在负荷突然变化或故障时立即投入，在风功率缓慢变化时暂不投入，最大程度利用AGC对风能的消纳能力，降低无功设备的动作次数；其次，在系统AGC能力不足，需要直流调制参与风功率波动消纳的情况下，将风功率波动分为高频段与低频段分别进行直流跟踪调制，最大程度利用一次调频对高频风功率波动的消纳能力，降低无功设备的动作次数，有效减少无功设备投切次数；具体包括以下步骤：(1)利用简化频率偏差响应模型计算频率偏差峰值，将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机‑调速器模型等值拟合成单台原动机‑调速器模型，将系统有功不平衡量引起的电网频率偏差响应近似等效为一个单机带负荷系统的频率偏差响应；由该模型得到有功功率扰动造成的频率偏差峰值与扰动量大小及扰动时刻的频率偏差变化率均成正比，则频率偏差峰值由扰动时刻频率偏差变化率计算得到；(2)根据扰动瞬间频率偏差变化率对系统扰动程度进行判断，实现不同程度的直流频率限制控制，在系统出现有功扰动时，通过对扰动瞬间频率偏差变化率进行测量，将系统有功扰动分为缓慢变化扰动，小幅瞬时扰动，大幅瞬时扰动或系统故障；设置直流频率限制控制器在缓慢变化扰动时不投入；小幅瞬时扰动时限制动作幅值；大幅瞬时扰动或系统故障时正常投入，以保证系统频率稳定，通过对扰动类型和程度的识别，使直流频率限值控制采用对应的投入策略，减少直流调整次数，避免了直流无功调节设备频繁动作，此外，实时监控系统频率偏差，当其超过0.2Hz时，应正常投入FLC，避免调节能力不够致使系统频率超过稳定范围；(3)AGC能力不足情况下，直流动态跟随风功率波动以消纳风能，将直流有功功率调制信号，即风功率波动信号通过分频器分成高频通道和低频通道，在远离剪切频率的高频段(0.015‑0.25Hz)设置更小的限幅，低频段(0‑0.015Hz)正常设置；对于波动程度大的低频段风功率波动，直流正常跟随以保证系统频率稳定；对于波动程度小的高频段风功率波动，系统一次调频起主要作用，直流限定幅值避免无功设备投切，以最大程度利用一次调频消纳高频风功率，减少了直流无功设备投切次数。...

【技术特征摘要】
1.一种风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制的协调方法；其特征在于，针对实际存在的问题；采用在扰动发生时刻计算系统频率偏差峰值，将扰动分为不同的类型和程度，从而选择合适的直流调制控制策略，使得FLC在负荷突然变化或故障时立即投入，在风功率缓慢变化时暂不投入，最大程度利用AGC对风能的消纳能力，降低无功设备的动作次数；其次，在系统AGC能力不足，需要直流调制参与风功率波动消纳的情况下，将风功率波动分为高频段与低频段分别进行直流跟踪调制，最大程度利用一次调频对高频风功率波动的消纳能力，降低无功设备的动作次数，有效减少无功设备投切次数；具体包括以下步骤：(1)利用简化频率偏差响应模型计算频率偏差峰值，将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机-调速器模型等值拟合成单台原动机-调速器模型，将系统有功不平衡量引起的电网频率偏差响应近似等效为一个单机带负荷系统的频率偏差响应；由该模型得到有功功率扰动造成的频率偏差峰值与扰动量大小及扰动时刻的频率偏差变化率均成正比，则频率偏差峰值由扰动时刻频率偏差变化率计算得到；(2)根据扰动瞬间频率偏差变化率对系统扰动程度进行判断，实现不同程度的直流频率限制控制，在系统出现有功扰动时，通过对扰动瞬间频率偏差变化率进行测量，将系统有功扰动分为缓慢变化扰动，小幅瞬时扰动，大幅瞬时扰动或系统故障；设置直流频率限制控制器在缓慢变化扰动时不投入；小幅瞬时扰动时限制动作幅值；大幅瞬时扰动或系统故障时正常投入，以保证系统频率稳定，通过对扰动类型和程度的识别，使直流频率限值控制采用对应的投入策略，减少直流调整次数，避免了直流无功调节设备频繁动作，此外，实时监控系统频率偏差，当其超过0.2Hz时，应正常投入FLC，避免调节能力不够致使系统频率超过稳定范围；(3)AGC能力不足情况下，直流动态跟随风功率波动以消纳风能，将直流有功功率调制信号，即风功率波动信号通过分频器分成高频通道和低频通道，在远离剪切频率的高频段(0.015-0.25Hz)设置更小的限幅，低频段(0-0.015Hz)正常设置；对于波动程度大的低频段风功率波动，直流正常跟随以保证系统频率稳定；对于波动程度小的高频段风功率波动，系统一次调频起主要作用，直流限定幅值避免无功设备投切，以最大程度利用一次调频消纳高频风功率，减少了直流无功设备投切次数。2.根据权利要求1所述风火打捆系统直流频率控制与自动发电控制的协调方法；其特征在于，所述步骤(1)包括以下内容：1)将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机-调速器模型等值拟合成单台原动机-调速器模型；2)系统有功扰动表示为阶跃函数Pstep/s，由上述1)得频域下系统频率偏差响应为：故时域解为：其中上述式(1)-式(5)中，H为单机惯性常数，D为系统负荷调节系数，R为调差系数，Km为机械功率增益系数，TR为再热时间常数，ΔPd为系统中的有功功率变化量；ΔPm为有功功率变化引起的原动机机械功率变化量；Δω为电网频率偏差；上述公式中的Ф、ωn、ωr、ξ、Km、t、α、Ф1没有明确的含义，只是为了简化公式书写而设定符号；对式(2)求导得令t＝0当dΔω/dt＝0，频率偏差达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，魏一汀，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11