确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法与流程

本发明实施例涉及电能传输技术领域，尤其涉及一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法。

背景技术：

随着大规模风电厂、光伏电厂的投入运行，提高间歇性、波动性新能源的消纳成为当前及未来一段时间内电网所面临的重要问题之一。水电机组具有开停机快速、负荷调节迅速等特点，常用于系统中的调峰调频，对稳定新能源带来的功率波动性、提升大规模新能源的消纳能力具有潜在的优势。当前，业界的研究多集中于水电补偿风电的可行性研究、风电-水电调度运行、水轮机调节系统pid参数优化整定，然而在利用水电机组提高风电消纳能力、水电-风电联合运行过程中水电机组调节性能方面缺乏研究。因此，本发明旨在从实践角度出发，解决利用水电机组提高风电消纳能力，以及如何分析水电-风电联合运行过程中水电机组调节性能的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法。

本发明实施例提供的一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法，包括：广域调速器根据风电功率曲线，计算功率指令，水电厂的自动增益控制agc接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至本地控制单元lcu；本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，并确定水电机组的调节能力；其中，水电机组的调节能力包括水电机组对风电机组功率波动的消纳，并且在整个方法中忽略直流输电线路的影响，在水电厂的agc设计中考虑了新能源的波动性，忽略水电机组一次调频与agc的相互动作，设定风电机组的最大输出功率小于等于水电机组的最大输出功率，忽略水电机组不同水头对负荷调节速度、负荷调节深度的影响，忽略调节水电机组所导致的结构疲劳与损坏。

本发明实施例提供了一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法，通过在理想条件下将风电功率曲线输入广域调速器，对水电机组的功率进行调节，可以通过水电机组消纳风电机组的功率波动性，为跨区域大规模新能源消纳、风电-水电联合发电运行提供了实践依据与理论支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是本发明实施例中确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法流程图；

图2是本发明实施例中水电机组调速装置示意图；

图3是本发明实施例中水电机组功率调节速度示意图；

图4是本发明实施例中水电机组实测功率与广域调速器下发功率数值及误差示意图；

图5是本发明实施例中各机组给定功率与实测功率数值对比示意图；

图6为本发明实施例提供的确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的装置结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

提高大规模风电厂间歇性、波动性新能源的消纳成为当前及未来一段时间内电网所面临的重要问题之一。水电机组具有开停机快速、负荷调节迅速等特点，对稳定风电带来的功率波动性、提升风电的消纳能力具有潜在的优势。当前，业界的研究多集中于水电补偿风电的可行性研究、风电-水电调度运行、水轮机调节系统pid参数优化整定，然而在利用水电机组提高风电消纳能力、水电-风电联合运行过程中水电机组调节性能方面缺乏研究。因此，本发明旨在从实践角度出发，通过在理想条件下将风电功率曲线输入广域调速器，对水电机组的功率进行调节，实现了水电机组消纳风电机组的功率波动性。同时，为跨区域大规模新能源消纳、风电-水电联合发电运行提供了实践依据与理论支撑。为达此目的，本发明实施例提供了一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法。参见图1，图1是本发明实施例中确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的方法流程图，包括：

s101：广域调速器根据风电功率曲线，计算功率指令，水电厂的自动增益控制agc接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至本地控制单元lcu。

s102：本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，并确定水电机组的调节能力。

其中，水电机组的调节能力包括水电机组对风电机组功率波动的消纳，并且在整个方法中忽略直流输电线路的影响，在水电厂的agc设计中考虑了新能源的波动性，忽略水电机组一次调频与agc的相互动作，设定风电机组的最大输出功率小于等于水电机组的最大输出功率，忽略水电机组不同水头对负荷调节速度、负荷调节深度的影响，忽略调节水电机组所导致的结构疲劳与损坏。

可选地，在另一实施例中，所述本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，包括：

对于运行于开度模式下的水电机组调速器，本地控制单元lcu发送脉冲指令至对应的所述运行于开度模式下的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节。或者，

对于运行于功率模式下的水电机组调速器，本地控制单元lcu通过模拟量给定方式或通讯方式发送功率至对应的所述运行于功率模式下的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节。

上述实施例中，涉及了实现本发明方法的水电机组调速装置，该装置对于实现发明的方案至关重要，为了使读者能够对发明的整体方案有一个更清晰的了解，应当对该装置做出清晰的阐述。具体请参见图2，图2是本发明实施例中水电机组调速装置示意图，包括：

广域调速器201、风电功率曲线202、广域调速器程序203、省调204、老厂agc205、新厂agc206、agc服务器207、#1机组lcu、#2机组lcu、#6机组lcu、#7机组lcu、#8机组lcu、#1机组调速器、#2机组调速器、#6机组调速器、#7机组调速器及#8机组调速器。

将风电功率曲线202输入广域调速器201，计算需要输送的功率指令，水电厂的agc服务器207(包括老厂agc205及新厂agc206)接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至各水电机组lcu。各水电机组lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的各水电机组调速器，实现对各水电机组的功率调节，并获取各水电机组的调节能力。

水电机组的功率调节速度在本发明中具有极为重要的地位，如何确定水电机组功率调节速度，对于实现本发明技术方案有重要影响。具体地，请参见图3，图3是本发明实施例中水电机组功率调节速度示意图，包括：

功率轴、时间轴、联合调节目标功率、风电实时功率、水电目标功率、水电实时功率、水轮机调节系统滞后时间、目标功率滞后时间及相对滞后时间。本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器之后，实现对水电机组的功率调节之前，还包括确定功率调节的速度；相应地，所述确定功率调节的速度包括：：

其中，ve表示水电机组功率调节速度，p90表示水电机组功率调节幅度达到90％时的水电机组的功率，p10表示水电机组功率调节幅度达到10％时的水电机组的功率，t90表示水电机组功率调节幅度达到90％的时刻，t10表示水电机组功率调节幅度达到10％的时刻。由图中可见，相对滞后时间包括：

目标功率滞后时间与水轮机调节系统滞后时间之和。

本发明的实际效果由图4及图5分别展示，由图中可以看到本发明的技术方案的在实际中的有效性。首先，参见图4，图4是本发明实施例中水电机组实测功率与广域调速器下发功率数值及误差示意图，包括：

实测功率与广域调速器下发功率数值401及功率误差402。参与分析的机组包括#1、#3、#7及#8水电机组。可以看出，各水电机组实测功率与广域调速器下发的功率数值基本相同，二者的误差仅在个别时刻相差较大，绝大多数时刻都基本接近零。

其次，请参见图5，图5是本发明实施例中各机组给定功率与实测功率数值对比示意图，包括：

#1机组功率给定值与实测功率值501、#3机组功率给定值与实测功率值502、#8机组功率给定值与实测功率值503及#7机组功率给定值与实测功率值504。其中，由曲线组成的是各水电机组的实测功率值，由直线组成的是各水电机组的功率给定值。由图中可见，各机组的实测功率值与给定功率值有较大差异。各水电机组的调节情况请参见表1，从表1中可以观察到两点，1)在五个时间段内，#8机组功率动作滞后时间普遍大于#1#3#7机组，这与监控系统到现地lcu的通讯时间、lcu到调速器的通讯时间、调速系统原动机功率到导叶接力器行程的滞后时间有关，由于缺乏相关信号，无法判断导致功率动作滞后的主要原因；2)总功率滞后时间比各台机组的最大滞后时间更大。

表1功率偏差大于50mw的时段统计

通过表1，可以获取水电机组功率偏差大于50mw的时段，将所述时段与水电机组偏差小于等于50mw的时段进行比较，确定水电机组的调节能力。如果前者占后者的比例小于25％，则认为水电机组的调节能力可以满足需求。从表1中可以看出存在五个时段内功率偏差大于50mw，最大功率偏差-118.5mw，持续时间达到14秒。对这五个时间段的有功功率实测值相对于有功功率给定值滞后时间、功率调节速度分别进行统计，详见表2、表3。

表2典型时间段功率滞后时间

表3典型时间段功率调节速度

其中，表3中的功率调节速度计算时使用90％功率调节幅度来计算。通过表2，可以获取典型时间段(11:14:12至12:13:31)水电机组功率滞后时间。在不考虑功率滞后的情况下，各台机组的功率调节速度见表2。表2表明，1)#7#8机组调节速度相对#1#3机组调节速度更快，间接反应出功率调节模式调节速度更快；2)#8机组调节速度较#7机组更快，#1机组调节速度比#3机组调节速度快。

综合表1～表3，可以看出，各时间段内的较大功率偏差主要由水电机组功率值滞后于水电机组功率给定值所致，例如，第二个时间段内功率偏差超过-100mw且时间维持14秒主要由#8机组的功率滞后导致，因此，在提高风电消纳能力同时又要确保电网安全稳定运行方面，水电机组单机功率的时间滞后性比水电单机调节速度更为重要。

本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的装置，该装置用于执行上述方法实施例中的方法。参见图6，该装置包括：

功率指令计算模块601，用于使广域调速器根据风电功率曲线，计算功率指令，水电厂的自动增益控制agc接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至本地控制单元lcu；

水电机组调速模块602，用于使本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，并确定水电机组的调节能力；

其中，水电机组的调节能力包括水电机组对风电机组功率波动的消纳。

本发明装置实施例提供的确定跨区域水电-风电直流输电水电机组调节能力的装置，通过在理想条件下将风电功率曲线输入广域调速器，对水电机组的功率进行调节，可以通过水电机组消纳风电机组的功率波动性，为跨区域大规模新能源消纳、风电-水电联合发电运行提供了实践依据与理论支撑。

本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图7所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)701、通信接口(communicationsinterface)704、至少一个存储器(memory)702和通信总线703，其中，至少一个处理器701，通信接口704，至少一个存储器702通过通信总线703完成相互间的通信。至少一个处理器701可以调用至少一个存储器702中的逻辑指令，以执行如下方法：广域调速器根据风电功率曲线，计算功率指令，水电厂的自动增益控制agc接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至本地控制单元lcu；本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，并确定水电机组的调节能力。

此外，上述的至少一个存储器702中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。例如包括：广域调速器根据风电功率曲线，计算功率指令，水电厂的自动增益控制agc接收所述功率指令产生控制指令，并将所述控制指令发送至本地控制单元lcu；本地控制单元lcu根据所述控制指令，将调速指令发送至相应的水电机组调速器，实现对水电机组的功率调节，并确定水电机组的调节能力。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。