水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法及系统与流程

本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法及系统。

背景技术：

水电本身是一种优质可调的可再生能源，具有可调节的水库库容、启停灵活和发电出力调整快速的等多方面的优点，是实现多能互补发电的重要纽带，充分挖掘水电与风电、光伏直接的互补特性，开展与水电相关的互补发电技术研究具有重要的理论和实践意义。

水光互补系统通过水电与光伏互补联合发电，利用水电良好的调节性能，对光伏波动性进行平抑，在并网条件下可提升水光互补联合送出能力，实现可再生能源的最大化消纳；在离网条件下可保证安全可靠供电，提升水光互补系统的存活能力。

受水轮机调速系统水锤效应的影响，在水电占比较高的电网中易发生超低频频率振荡事故，引发调速系统周期性频繁动作，系统频率、功率等均出现大幅度低频率振荡，严重威胁电网安全稳定运行。水光互补系统在离网运行时，恰好是典型的水电高占比电网，为防范频率振荡风险，工程上一般需要对调速器参数进行优化，但是调速器参数优化后往往使得一次调频性能降低，与整个离网系统频率调节需要矛盾。通过引入光伏附件阻尼控制，可提升超低频振荡阻尼，但是光伏本身具有间歇性，在晚上没有出力时，不具备条件能力。因此，如何协调水电、光伏的互补特性，在确保频率振荡阻尼的同时，尽可能提升离网系统调频能力成为水光互补系统在离网条件下面临的突出问题。

然而，当前水光互补系统的研究处于起步阶段，尚无类似技术手段可以参考。

技术实现要素：

为了填补水光互补系统的稳定控制技术的空白，本发明提供了一种水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法，为水光互补系统在离网条件下保障频率安全提供了技术手段。

本发明通过下述技术方案实现：

水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法，该方法包括：

实时获取系统光伏出力水平和调度调节指令，进而确定光伏可调容量；

根据光伏可调容量选择不同频率振荡抑制方案。

优选的，本发明的根据光伏可调容量选择不同频率振荡抑制方案的步骤具体包括：

当p0>＝p1时，通过光伏附加阻尼控制器提供正阻尼来抑制振荡；

当p2<＝p0<p1时，通过光伏附加阻尼控制器提供正阻尼和调速器参数优化配合来抑制振荡；

当p0<p2时，通过调速器参数优化和系统运行方式优化配合来抑制振荡；

其中，p0为光伏可调容量，p1为第一最小可调容量，p2为第二最小可调容量。

优选的，本发明的光伏附加阻尼控制器的模型为：

式中，δp为光伏附加阻尼控制器输出的有功功率增量；为低通滤波环节，s为微分算子，γ为衰减率，ω为截止频率；k为光伏阻尼控制器增益；δf为光伏阻尼控制器输入的频率偏差信号。

优选的，本发明的当p0>＝p1时，通过光伏附加阻尼控制器提供正阻尼来抑制振荡的步骤具体为：

根据光伏可调容量p0，以第一最小可调容量p1为边界，确定所述光伏附加阻尼控制器的第一上限幅pmax1和第一下限幅pmin1。

优选的，本发明的当p2<＝p0<p1时，通过光伏附加阻尼控制器提供正阻尼和调速器参数优化配合来抑制振荡的步骤具体为：

根据光伏可调容量p0，以第二最小可调容量p2为边界，确定所述光伏附加阻尼控制器的第二上限幅pmax2和第二下限幅pmin2；

在考虑光伏附加阻尼控制器投入运行的前提下，进行调速器参数优化，确定调速器的优化范围，以及每台被优化的水电机组调速器参数。

优选的，本发明的当p0<p2时，通过调速器参数优化和系统运行方式优化配合来抑制振荡的步骤具体为：

在不考虑光伏附加阻尼控制器投入运行的前提下，降低每台水电机组出力水平，增加水电机组开机数量，在此基础上，进行调速器参数优化，确定调速器的优化范围，以及每台被优化的水电机组调速器参数。

另一方面，本发明还提出了一种水光互补系统离网条件下频率振荡控制系统，该系统包括光伏可调容量确定模块和切换模块；

所述光伏可调容量确定模块用于实时获取系统光伏出力水平和调度调节指令来确定光伏可调容量；

所述切换模块用于根据光伏可调容量选择不同频率振荡抑制方案。

优选的，本发明的切换模块包括第一判断单元、第二判断单元和第三判断单元；

所述第一判断单元用于当p0>＝p1时，将调速器切换至控制模式1，投入光伏附加阻尼控制器，限幅环节配置为pmax1和pmin1；

所述第二判断单元用于当p2<＝p0<p1时，将调速器切换至控制模式2，投入光伏附加阻尼控制器，限幅环节配置为pmax2和pmin2；

所述第三判断单元用于当p0<p2时，将调速器切换至控制模式3，退出光伏阻尼控制器；

其中，p0为光伏可调容量，p1为第一最小可调容量，p2为第二最小可调容量，pmax1为第一上限幅，pmin1为第一下限幅，pmax2为第二上限幅和pmin2为第二下限幅。

优选的，本发明的光伏附加阻尼控制器的模型为：

式中，δp为光伏附加阻尼控制器输出的有功功率增量；为低通滤波环节，s为微分算子，γ为衰减率，ω为截止频率；k为光伏阻尼控制器增益；δf为光伏阻尼控制器输入的频率偏差信号。

优选的，本发明的控制模式2在考虑光伏附加阻尼控制器投入运行的前提下，进行调速器参数优化，确定调速器的优化范围，以及每台被优化的水电机组调速器参数

所述控制模式3在不考虑光伏附加阻尼控制器投入运行的前提下，降低每台水电机组出力水平，增加水电机组开机数量，在此基础上，进行调速器参数优化，确定调速器的优化范围，以及每台被优化的水电机组调速器参数。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提出一种水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法和系统，可根据光伏的出力状况和可调容量，在实时控制层面实现水电和光伏的互补，在实现频率振荡阻尼抑制的前提下尽可能的提升系统频率稳定水平，提升系统调频能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的光伏附加阻尼控制器原理框图。

图3为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种水光互补系统离网条件下频率振荡控制方法，根据光伏的出力状况和可调容量，在实时控制层面实现水电和光伏的互补，在实现频率振荡阻尼抑制的前提下尽可能的提升系统频率稳定水平，提升系统调频能力。

具体如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤一、实时获取系统光伏出力水平和调度调节指令，进而确定光伏可调容量。

步骤二、根据光伏可调容量选择不同频率振荡抑制方案。

本实施例的步骤二具体包括：

1)在白天，光伏可调容量p0>＝p1时，通过光伏附加阻尼控制提供正阻尼来抑制振荡。

具体在白天，当光伏出力较大，即光伏可调容量p0>＝p1时，保持调速器参数不变，用控制模式1表示，在此基础上，设计的光伏附加阻尼控制器为：

本实施例设计的光伏附加阻尼控制器的原理如图2所示，δp为光伏附加阻尼控制器输出的有功功率增量；为低通滤波环节，其作用是对超低频频段的输入信号进行筛选，s为微分算子，γ为衰减率，可设置为0.71，ω为截止频率，对于超低频振荡，可选择截止频率为0.1hz，则ω＝0.628；k为光伏附加阻尼控制器增益；δf为光伏阻尼控制器输入的频率偏差信号；pmax和pmin分别为光伏附加阻尼控制器的上、下功率限幅。

设计得到控制增益k1、pmax1和pmin1等参数，使得在各种典型方式下系统频率振荡阻尼满足要求，如恶劣故障扰动后系统阻尼比大于1.5％。

2)在白天，光伏可调容量p2<＝p0<p1时，通过光伏附加阻尼控制提供正阻尼和调速器参数优化配合来抑制振荡。

具体在白天，光伏出力较小，即可调容量p2<＝p0<p1时，保持步骤1)中控制器增益k1不变，根据光伏可调容量调整控制器增益，得到pmax2和pmin2。再投入光伏附件阻尼控制器的前提下，采用本申请人现有的专利号为zl201811326765.9，专利名称为：水电为主电网异步互联后调速器参数调整方案及系统，申请日为20181108的专利技术进行调速器参数优化，确定调速器其优化范围，和每台被优化的水电机组调速器参数，设置为调速器控制模式2。

3)在夜间，或部分光伏因故障等原因，可调容量p0<p2时，通过调速器参数优化和系统运行方式优化来抑制振荡。

具体在夜间，或部分光伏因故障等原因，光伏出力较小或者无出力时，可能认为光伏无调节能力，即可调容量p0<p2时，不考虑光伏附加阻尼控制器，在躲过机组震动区的前提下，尽可能降低每台水电机组出力水平，增加水电机组开机数量，在此基础上，采用本申请人现有的专利号为zl201811326765.9，专利名称为：水电为主电网异步互联后调速器参数调整方案及系统，申请日为20181108的专利技术进行调速器参数优化，确定调速器其优化范围，和每台被优化的水电机组调速器参数，设置为调速器控制模式3。

本实施例中，p0为光伏可调容量，p1为第一最小可调容量，p2为第二最小可调容量，pmax1为第一上限幅，pmin1为第一下限幅，pmax2为第二上限幅和pmin2为第二下限幅。

实施例2

本实施例提出了一种水光互补系统离网条件下频率振荡控制系统，具体如图3所示，本实施例的系统包括光伏可调容量确定模块和切换模块。

本实施例的光伏可调容量确定模块用于实时获取系统光伏出力水平和调度调节指令来确定光伏可调容量；

本实施例的切换模块用于根据光伏可调容量选择不同频率振荡抑制方案。

本实施例的切换模块包括第一判断单元、第二判断单元和第三判断单元；

第一判断单元用于当p0>＝p1时，将调速器切换至控制模式1，投入光伏附加阻尼控制器，限幅环节配置为pmax1和pmin1。

本实施例的控制模式1为在白天，当光伏出力较大，即光伏可调容量p0>＝p1时，保持调速器参数不变。在此控制模式的基础上，设计光伏附加阻尼控制器，设计的光伏附加阻尼控制器为上述实施例1中步骤1)中设计的光伏附加阻尼控制器(如图2所示)。

第二判断单元用于当p2<＝p0<p1时，将调速器切换至控制模式2，投入光伏附加阻尼控制器，限幅环节配置为pmax2和pmin2。

本实施例的控制模式2为在投入光伏附件阻尼控制器(在白天，光伏出力较小，即可调容量p2<＝p0<p1时，保持第一判断单元中设计的光伏附加阻尼控制器增益k1不变，根据光伏可调容量调整控制器增益，得到pmax2和pmin2)的前提下，采用本申请人现有的专利号为zl201811326765.9，专利名称为：水电为主电网异步互联后调速器参数调整方案及系统，申请日为20181108的专利技术进行调速器参数优化，确定调速器其优化范围，和每台被优化的水电机组调速器参数。

第三判断单元用于当p0<p2时，将调速器切换至控制模式3，退出光伏阻尼控制器。

本实施例的控制模式3为在夜间，或部分光伏因故障等原因，光伏出力较小或者无出力时，可能认为光伏无调节能力，即可调容量p0<p2时，不考虑光伏附加阻尼控制器，在躲过机组震动区的前提下，尽可能降低每台水电机组出力水平，增加水电机组开机数量的基础上，采用本申请人现有的专利号为zl201811326765.9，专利名称为：水电为主电网异步互联后调速器参数调整方案及系统，申请日为20181108的专利技术进行调速器参数优化，确定调速器其优化范围，和每台被优化的水电机组调速器参数。

本实施例中，p0为光伏可调容量，p1为第一最小可调容量，p2为第二最小可调容量，pmax1为第一上限幅，pmin1为第一下限幅，pmax2为第二上限幅和pmin2为第二下限幅。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。