基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法技术

本发明专利技术属于大电网暂态频率控制策略领域，尤其涉及一种基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法。本发明专利技术包括：建立综合频率响应模型；构建含RES鲁棒综合频率响应模型；惯性控制分析；频率二次响应分析。本发明专利技术构建了含虚拟惯性支持及稳态频率二次支撑的鲁棒综合频率响应模型，通过检测系统频率变化率可实现风机在不同时间尺度下功率贡献量控制，附加频率二次支撑控制策略建立了风机虚拟惯性系数与系统频率灵敏性函数关系，动态响应系统全时间尺度频率需求，实现风电高渗透率下电网暂态和稳态综合频率期望控制性能，提高电网的安全稳定运行水平，为电网提供暂态/稳态全时间尺度下双重频率提供支撑，进一步保证电网和机组的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法
本专利技术属于大电网暂态频率控制策略领域，尤其涉及一种基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法。本专利技术为实现风电高渗透率下电网暂态和稳态综合频率期望控制性能，构建了含虚拟惯性支持及稳态频率二次支撑的鲁棒综合频率响应技术方法。
技术介绍
风电等微能源的快速发展正在重塑电力系统的运行方式，大规模高渗透率的风电并网给电网安全运行带来更大挑战。为此，越来越多电力公司要求风机要像同步机组一样为系统提供辅助性服务。双馈风机作为我国大型风电场的主流机型，在电网频率发生变化时，其固有惯量对电网则表现成一个“隐形惯量”(HiddenInertia)，无法帮助电网改善频率响应。目前，双馈风电机组参与系统一次调频的方法主要有虚拟惯性控制、转子转速控制和桨距角控制。主流的虚拟惯性控制在于调节作为电网频率导数函数的参考转矩，利用存储在风机旋转质量块中的动能来参与电网动态频率调整，为系统暂态功率调节提供虚拟惯量。但其对稳态频率并无支撑作用，且风机在放电后恢复动能过程中易引起系统负功率穿透，导致系统发生频率二次崩溃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1.建立综合频率响应模型；/n步骤2.构建含RES鲁棒综合频率响应模型；/n步骤3.惯性控制分析；/n步骤4.频率二次响应分析。/n

【技术特征摘要】
1.基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1.建立综合频率响应模型；
步骤2.构建含RES鲁棒综合频率响应模型；
步骤3.惯性控制分析；
步骤4.频率二次响应分析。


2.根据权利要求1所述的基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：所述建立综合频率响应模型，包括：
假设所有发电机组均为非再热型机组，可得









式中，Mki(s)为发电机组等效机械转矩，M调为调速器机械转矩，M原为原动机机械转矩，Tg为调速器等效惯性时间常数，S为频域系数；
发电机与负荷功率差与系统频率波动，即Δf之间关系可由摇摆微分方程描述；



式中，Δf为系统频率偏差，j为纵向量，i为横向量，Tij为等效惯性时间常数，Dsys为系统等效阻尼系数，Vi为区域接口变量；
综合考虑电力系统一、二次调频作用，系统频率偏差可表示为



式(5)中，



且有：



式中，ΔPpki为系统一次调频功率动作量，ΔPCki为系统二次调频功率动作量，Rki为系统一次调频下垂系数，βi为频率偏移(系统频率响应系数)，Δfi(S)为系统频率偏差，His为电力系统惯性系数，Di为电力系统阻尼系数，Tij为等效惯性时间常数，ΔPmki为发电机有功出力变化量，ΔPtie,i为联络线有功出力变化量，ΔPLi为负荷有功出力变化量，S为频域系数，Tgk、Ttk为发电机时间常数；
将式(7)代入式(5)可得



式中，His为电力系统惯性系数，Di为电力系统阻尼系数，Mki(s)为发电机组等效机械转矩，ΔPCki为系统二次调频功率动作量，Δfi(S)为系统频率偏差，Rki为系统一次调频下垂系数，ΔPtie,i为联络线有功出力变化量，ΔPLi为负荷有功出力变化量，k为常数，S为频域系数；
为分析负荷扰动，将(9)设为阶跃函数



将式(9)代入式(8)可得



式中，gi(S)为系统等效转动惯量，Mki(s)为发电机组等效机械转矩，ΔPCki为系统二次调频功率动作量，ΔPtie,i(S)为联络线有功出力变化量，ΔPLi为负荷有功出力变化量，S为频域系数；
其中，



式中，His为电力系统惯性系数，Di为电力系统阻尼系数，Mki(s)为发电机组等效机械转矩，Rki为系统一次调频下垂系数；
根据终值定理，稳态时系统频率偏差为



式中，Δfss,i(S)为稳态时系统频率偏差，Δfi(S)为系统频率偏差，gi为系统等效转动惯量，Rki为系统一次调频下垂系数,ΔPCki为系统二次调频功率动作量，ΔPtie,i(S)为联络线有功出力变化量；
以上计算过程假设稳态时ΔPtie,i趋于0，且有






式中，ΔPCki为系统二次调频功率动作量，Mki(s)为发电机组等效机械转矩，RRi为系统一次调频下垂系数，Di为电力系统阻尼系数，Rsys,i为负荷一次调频下垂系数；
其中，ΔRsys,i为系统等效下垂系数，且有



定义βi为系统频率响应系数，则



将式(16)代入式(12)可得：



式中，Δfss,i(S)为稳态时系统频率偏差，ΔPCi为系统二次调频功率动作量；
可知，在不考虑联络线功率偏差的前提下，若二次调频有功备用量和系统功率扰动相等，则稳态时系统频率偏差将趋向于零；系统一次调频则通过系统频率响应系数影响频率偏差。


3.根据权利要求1所述的基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：还包括：将联络线情况合理反映到式(10)中，则得到更加精确的结果。


4.根据权利要求1所述的基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：所述构建含RES鲁棒综合频率响应模型是通过附加Δf、df/dt两个辅助控制回路，将风机功率控制视作系统频率的函数，同时考虑系统二次调频和联络线功率支撑，构建含RES鲁棒综合频率响应模型。


5.根据权利要求1所述的基于虚拟权重系数的风/火电联合频率控制方法，其特征是：所述惯性控制分析包括：
为了获得频率响应，双馈发电机功率控制器分别增加Δf、df/dt两个辅助回路；
第一回路通过使用Δf比例控制来实现惯性控制，额外增加的功率变换量Pref1通过测量频率与标称频率绝对偏差计算得出：
Pref1＝KPf(f0-f)(18)
式中，Pref1为额外增加的功率变换量，f0为基准频率，KPf为比例系数；
第二回路通过使用df/dt比例控制来改变电磁功率，从而改变转子转速，释放(吸收)部分旋转动能，即
Pref2＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，白恩铭，徐建源，张强，李欣蔚，袁鹏，迟成，孙俊杰，李正文，赵鹏，刘洋，王聪颖，曾辉，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，沈阳工业大学，国网辽宁省电力有限公司，国家电网公司东北分部，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21