一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法，属于新能源电网支撑技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法


[0001]本专利技术涉及新能源电网支撑
，尤其是涉及一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法
。

技术介绍

[0002]新型电力系统“低惯量
、
弱支撑”的特征逐渐显现，且风光发电具有随机波动性，系统频率的安全稳定问题日益凸显，加剧了对一次调频服务的需求
。
系统一次调频过程主要由调频机组的调速器系统来实现，根据各机组的一次调频备用容量及调差系数来分配机械功率增发量，为系统频率提供有功支撑
。
随着大规模新能源电源及储能的接入，系统一次调频服务逐渐表现出调频资源多样化
、
调频特性差异化及调频手段灵活化的特征，因此，如何合理安排系统调频机组的一次备用容量，提高新能源电力系统频率稳定性，成为当下的研究热点
。
[0003]目前大多数研究为保障新能源电力系统可靠安全运行，在电网调度运行中，合理考虑风光不确定性对频率稳定的影响
。
对于这类问题，按照研究的时间尺度可以划分成研究小时级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
考虑风电机组机械特性刻画了风电机组机械动态过程以及不同风速条件下风机出力的限幅值大小，整定出风机最大调频备用功率的边界，计及风电机组的调频动态，表征风电机组的一次调频动态过程；
S2、
基于系统频率响应模型，考虑风电机组的机械动态过程，计及各机组调速器死区
、
限幅等非线性环节，建立改进的系统频率响应模型；
S3、
通过前向差分法，设置步长对步骤
S2
构建的频率支撑动态特性模型进行差分离散化处理，建立基于差分离散后的系统频率响应模型；
S4、
构建频率稳定约束条件，使得在每一个调度时间段内的系统频率都控制在
49.95
至
50.05Hz
范围内；
S5、
基于超平面的风机限幅出力约束线性化表征，整定超平面系数，将高阶非线性约束转化为低阶线性约束；
S6、
构建考虑风机动态限幅的一次调频备用优化模型，并使用商业求解器进行求解
。2.
根据权利要求1所述的一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法，其特征在于，在步骤
S1
中，风电机组的一次调频动态过程，具体表达如下：实际电力系统中，风电机组的有功功率调整量受调速器死区与限幅环节的约束，
ꢀꢀꢀ
（1）在式（1）中，表示系统频率偏差，为一次调频控制死区，表示风机参与一次调频的下垂系数，表示风电机组经过死区后的有功调整量；当风速不变时，运行在减载控制模式下的风机能参与一次调频的备用容量由式（2）描述，风电机组的有功调整量小于当前的备用容量，受到风机限幅值的影响，如式
(3)
，
ꢀꢀ
（2）（3）在式（2）和式（3）中，表示风机的限幅出力值，表示风电机组经过死区后的有功调整量，表示风机的减载率，表示风机在
MPPT
模式下输出的机械功率；为研究转子的机械环节的影响，引入风机的转子运动方程：
ꢀꢀꢀꢀ
（4）在式（4）中，表示风机的转子转速，表示风机转子惯性时间常数，为风机的电磁功率，风机正常运行状态下，捕获机械功率
P
m
由下式决定：
ꢀꢀꢀ
（5）在式（5）中；为空气密度，取为
1.23Kg/m3
；为叶片扫过面积；为流经风机的风速；
A
为叶片面积；为风能利用系数，是关于叶尖速比
λ
和桨距角
β
的函数，
R
为叶片半径，为风轮旋转角速度；至此，风电机组的限幅值表达为：（6）不涉及桨距角控制，故，表示调频时段中每一个时刻的风速，表示调频时段中每一个时刻的转速，表示刚进入调频时的风电机组最大输出功率；故风电机组经过死区和限幅后的有功调整量由下式表达：（7）在式（7）中，表示风电机组经过死区和限幅后的有功调整量
。3.
根据权利要求2所述的一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法，其特征在于，在步骤
S2
中，建立改进的系统频率响应模型，具体表达如下：扰动后改进的系统频率动态由式（8）
‑
式（
10
）描述，
ꢀꢀ
（8）
ꢀꢀ
（9）（
10
）在式（8）
‑
式（
10
）中，为频率基值，为频率偏差，为电网聚合阻尼系数，为电网聚合惯性时间常数，为火电机组经调速器后的有功调整量之和，为火电机组有功调整量之和，为再热时间常数，为高压涡轮机机械转矩，为有功扰动，为风电机组有功调整量之和，为风电机组经死区与限幅环节后的有功调整量之和，为风机变流器控制时间常数；实际电力系统中，式（
11
）描述了死区与调速器限幅对火电机组输出功率调整量的影响，式（7）描述了死区与调速器限幅对风电机组输出功率调整量的影响；
（
11
）式中，为同步机下垂系数，为一次调频控制死区，为同步机调频有功限幅值
。4.
根据权利要求3所述的一种考虑风机限幅的新能源电力系统一次调频优化方法，其特征在于，在步骤
S3
中，通过前向差分法，设置步长后，对构建的频率支撑动态特性模型进行差分离散化处理，建立基于差分离散后的系统频率响应模型，具体表达如下：（
12
）（
13
）
ꢀꢀꢀ
（
14
）
ꢀꢀꢀꢀ
（
15
）
ꢀꢀꢀꢀ
（
16
）
ꢀꢀꢀ
（
17
）（
18
）
ꢀꢀꢀꢀ
（
19
）其中，
n
表示差分后的每个时间断点；式（
12
）表示扰动后的系统频率差分动态；式（
13
）
、
式（
14
）表示扰动后火电机组有功出力调整量；式（
15
）表示风电机组转子转速差分动态；式（
16
）
‑
式（
19
）表示风电机组有功出力调整量；求解微分方程须给定系统初始状态，认为扰动发生前系统正常运行，系统频率为额定频率，那么在扰动初始时刻，系统频率偏差量为0，相应的机组有功调整量均为0，则有：（
20
）上述式（
12
）
‑
式（

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，毕天姝，赖姝钰，胥国毅，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：