一种用于风力发电机辅助频率的控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机辅助频率的控制方法及系统。

背景技术：

在普遍应用的交流电力系统中，频率决定于同步发电机转子的转速，系统频率与系统中有功功率的平衡密切相关。风力发电机通过电力电子装置并网，其输出电功率对于系统频率变化无响应。随着风电占比不断提高，风电参与调频可以改善电力系统频率特性，对于系统中发生功率扰动后维持频率稳定具有重要意义。

风力发电机辅助频率控制逻辑主要有两种形式，一种是下垂控制，根据系统频率变化量决定风力发电机输出电功率的变化量，该方法的缺陷在于，风力发电机下垂控制响应速度快于同步发电机调速器，导致频率动态过程刚开始的阶段风力发电机承担较多的调频功率，而风力发电机调频能力有限，会很快达到转速限制而退出调频，对系统频率响应特性改善效果有限；另一种是虚拟惯量控制，根据系统频率变化率决定风力发电机输出电功率的变化量，该方法的缺陷在于系统频率动态过程刚开始的阶段频率变化率相对较大，随后快速减小，风力发电机将因此在开始阶段输出大量调频功率，同样会较快退出调频而对于系统频率响应特性改善效果有限。

针对上述问题，需要提出一种新的风力发电机辅助频率控制逻辑方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于风力发电机辅助频率的控制方法及系统，用以解决现有技术中对系统频率响应特性效果改善有限，调频衰减过快的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种用于风力发电机辅助频率的控制方法，包括：

获取电网频率偏差；

将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

其中，获得所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型的具体步骤包括：

构建所述风力发电机下垂控制系数和所述风力发电机延时时间常数的延时下垂控制参数组合；

构建优化模型，将所述延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解所述优化模型，得到最优决策变量。

其中，所述构建优化模型，将所述延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解所述优化模型，得到最优决策变量，具体包括：

获取电网其他部分的功率扰动，求解对应于不同延时下垂控制参数组合下的电网频率偏差曲线的最小值；

构建若干场景和若干扰动，获取每个延时下垂控制参数组合对应的所述若干场景和所述若干扰动的若干电网频率偏差曲线最小值，对所述若干电网频率偏差曲线最小值求取平均值；

将若干延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解的优化目标为所述若干场景和所述若干扰动对应的若干平均值的最大值，得到风力发电机辅助频率控制逻辑参数。

其中，该方法还包括构建待分析区域电网频率响应模型的传递函数；其中：

所述传递函数包括第一反馈、第二反馈、第三反馈和前向输出。

其中，所述第一反馈的输出为所述风力发电机辅助调频功率指令，所述第二反馈的输出为负荷，第三反馈的输出为发电机的频率特性，所述前向输出的输出为所述电网频率偏差。

其中，将所述第一反馈的输入、所述第二反馈的输入、所述第三反馈的输入和所述前向输出的输入进行叠加，得到系统不平衡量。

其中，所述优化模型包括粒子群算法模型。

第二方面，本发明实施例提供一种用于风力发电机辅助频率的控制系统，包括：

获取模块，用于获取电网频率偏差；

处理模块，用于将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述一种用于风力发电机辅助频率的控制方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述一种用于风力发电机辅助频率的控制方法的步骤。

本发明实施例提供的一种用于风力发电机辅助频率的控制方法及系统，通过提供风力发电机辅助频率控制逻辑，能够使得风力发电机为电力系统提供最优的调频功率，改善电力系统频率响应特性，为电网安全稳定运行提供重要的保障。

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为本发明实施例提供的一种用于风力发电机辅助频率的控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的待分析区域电网频率响应模型的传递函数框图；

图3为本发明实施例提供的一种用于风力发电机辅助频率的控制系统结构图；

图4为本发明实施例提供的电子设备的结构框图。

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。

图1为本发明实施例提供的一种用于风力发电机辅助频率的控制方法流程图，如图1所示，包括：

s1，获取电网频率偏差；

s2，将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

具体地，获取到电网的频率偏差，作为风力发电机辅助频率控制逻辑模型的输入值，进一步得到风力发电机辅助调频功率指令，该指令作为增加的一条反馈分支，叠加在现有电力系统单机模型框图之上，即在现有反馈基础上增加辅助调频反馈。而作为计算使用的风力发电机辅助频率控制逻辑模型是基于风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所组成的计算函数，最终输出风力发电机辅助调频功率指令。

本发明实施例通过提供风力发电机辅助频率控制逻辑，能够使得风力发电机为电力系统提供最优的调频功率，改善电力系统频率响应特性，为电网安全稳定运行提供重要的保障。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，获得所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型的具体步骤包括：

构建所述风力发电机下垂控制系数和所述风力发电机延时时间常数的延时下垂控制参数组合；

构建优化模型，将所述延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解所述优化模型，得到最优决策变量。

具体地，图2为本发明实施例提供的待分析区域电网频率响应模型的传递函数框图，如图2所示，最上面一个反馈分支中的计算函数中包含了参数为风力发电机下垂控制系数kwd，风力发电机延时时间常数twd以及拉普拉斯算子s，将其中两个参数构建为参数组合(kwd,twd)，进一步地构建优化模型，将参数组合(kwd,twd)作为优化模型的决策变量，并求解优化模型，通过优化算法得到最优决策变量，作为最后的求解结果。

本发明实施例通过构建风力发电机辅助频率控制逻辑模型，并引入优化模型进行求解，获得满足系统的最优求解结果，能更精确地实现对电网输入频率的调控。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述构建优化模型，将所述延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解所述优化模型，得到最优决策变量，具体包括：

获取电网其他部分的功率扰动，求解对应于不同延时下垂控制参数组合下的电网频率偏差曲线的最小值；

构建若干场景和若干扰动，获取每个延时下垂控制参数组合对应的所述若干场景和所述若干扰动的若干电网频率偏差曲线最小值，对所述若干电网频率偏差曲线最小值求取平均值；

将若干延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解的优化目标为所述若干场景和所述若干扰动对应的若干平均值的最大值，得到风力发电机辅助频率控制逻辑参数。

其中，所述优化模型包括粒子群算法模型。

具体地，构建多种场景和多种扰动情形，场景包括风电大发和风电小发，还有不同的风电出力占比，扰动包括典型大扰动，如系统跳一台发电机或发生三相接地短路，小扰动一般是指功率较大的设备突然接入电网造成的小干扰，例如空调开机等。

根据不同的参数组合(kwd,twd)，获取电网其他部分发生功率扰动后，根据电网频率偏差曲线δf(t)，得到其最小值mintδf(t)，对于每一组(kwd,twd)，将多种场景和多种扰动情形下的mintδf(t)相加后取平均值，平均值最大则认为是最优值，通过优化得到最优参数组合(kwd,twd)。

进一步构建一个优化模型，决策变量为参数组合(kwd,twd)，优化目标为多种场景和多种扰动情形下得到的mintδf(t)的平均值最大，求解该优化模型获得最优决策变量，即风力发电机辅助频率控制逻辑参数。

这里用到的优化模型一般可包括一些约束条件，例如参数取值范围，求解优化模型的算法有很多，优选的可采用粒子群算法。

本发明实施例通过选取多种场景和多种扰动情形，对参数组合求解，并基于优化模型进一步求解最优解，使求解结果更符合调频需求。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，该方法还包括构建待分析区域电网频率响应模型的传递函数；其中：

所述传递函数包括第一反馈、第二反馈、第三反馈和前向输出。

其中，所述第一反馈的输出为所述风力发电机辅助调频功率指令，所述第二反馈的输出为负荷，第三反馈的输出为发电机的频率特性，所述前向输出的输出为所述电网频率偏差。

其中，将所述第一反馈的输入、所述第二反馈的输入、所述第三反馈的输入和所述前向输出的输入进行叠加，得到系统不平衡量。

具体地，如图2所示，待分析区域电网频率响应模型的传递函数包含四个反馈分支，即第一反馈、第二反馈、第三反馈和前向输出。上面第一反馈的输入为电网频率偏差δf，和风力发电机辅助频率控制逻辑参数的组合(kwd,twd)，第一反馈的输出为风力发电机辅助调频功率指令δpwe，其中：

接下来第二反馈的输入为所述电网频率偏差δf和系统负荷频率调节效应系数kl,f，第二反馈的输出为负荷变化量δpl；

框图中间的前向输出的输入为系统初始功率扰动δpd0和同步发电机转子运动方程其中tjs为同步发电机惯性常数，s为拉普拉斯算子，前向输出的输出即为其它反馈的输入电网频率偏差δf；

最下面的第三反馈的输入为电网频率偏差δf，发电机功率频率静态特性系数kg,f及调速器和原动机的综合时间常数tg组成的算子所述第三反馈的输出为原动机调速器往发电机输入的功率变化量δpm。

如图2所示，在框图左边的输入端将第一反馈的输入、第二反馈的输入、第三反馈的输入和前向输出的输入进行叠加，得到系统不平衡量δpd。

本发明实施例通过在现有电力单机模型网络基础上叠加第一反馈，即将风力发电机辅助调频功率指令增加为新的反馈，对电力系统频率响应特性进行改善，为电网安全稳定运行提供重要的保障。

图3为本发明实施例提供的一种用于风力发电机辅助频率的控制系统结构图，如图3所示，包括：获取模块31和处理模块32；其中：

获取模块31用于获取电网频率偏差；处理模块32用于将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

本发明实施例提供的系统用于执行上述对应的方法，其具体的实施方式与方法的实施方式一致，涉及的算法流程与对应的方法算法流程相同，此处不再赘述。

本发明实施例通过提供风力发电机辅助频率控制逻辑，能够使得风力发电机为电力系统提供最优的调频功率，改善电力系统频率响应特性，为电网安全稳定运行提供重要的保障。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述处理模块32中的获得所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型的具体步骤包括：第一构建子模块321和第二构建子模块322；其中：

第一构建子模块321用于构建所述风力发电机下垂控制系数和所述风力发电机延时时间常数的延时下垂控制参数组合；第二构建子模块322用于构建优化模型，将所述延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解所述优化模型，得到最优决策变量。

本发明实施例通过构建风力发电机辅助频率控制逻辑模型，并引入优化模型进行求解，获得满足系统的最优求解结果，能更精确地实现对电网输入频率的调控。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述第二构建子模块322具体用于：

获取电网其他部分的功率扰动，求解对应于不同延时下垂控制参数组合下的电网频率偏差曲线的最小值；

构建若干场景和若干扰动，获取每个延时下垂控制参数组合对应的所述若干场景和所述若干扰动的若干电网频率偏差曲线最小值，对所述若干电网频率偏差曲线最小值求取平均值；

将若干延时下垂控制参数组合作为所述优化模型的决策变量，求解的优化目标为所述若干场景和所述若干扰动对应的若干平均值的最大值，得到风力发电机辅助频率控制逻辑参数。

其中，所述优化模型包括粒子群算法模型。

本发明实施例通过选取多种场景和多种扰动情形，对参数组合求解，并基于优化模型进一步求解最优解，使求解结果更符合调频需求。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，该系统还包括构建模块33，所述构建模块33用于构建待分析区域电网频率响应模型的传递函数；其中：

所述传递函数包括第一反馈、第二反馈、第三反馈和前向输出。

其中，所述第一反馈的输出为所述风力发电机辅助调频功率指令，所述第二反馈的输出为负荷，第三反馈的输出为发电机的频率特性，所述前向输出的输出为所述电网频率偏差。

其中，将所述第一反馈的输入、所述第二反馈的输入、所述第三反馈的输入和所述前向输出的输入进行叠加，得到系统不平衡量。

本发明实施例通过在现有电力单机模型网络基础上叠加第一反馈，即将风力发电机辅助调频功率指令增加为新的反馈，对电力系统频率响应特性进行改善，为电网安全稳定运行提供重要的保障。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communicationsinterface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法：获取电网频率偏差；将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

此外，上述的存储器430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。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。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：获取电网频率偏差；将所述电网频率偏差输入风力发电机辅助频率控制逻辑模型，得到风力发电机辅助调频功率指令；其中所述风力发电机辅助频率控制逻辑模型通过获取风力发电机下垂控制系数和风力发电机延时时间常数所计算得到。

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。