全功率变速抽水蓄能机组控制方法、装置、系统及介质与流程

1.本发明涉及抽水蓄能技术领域，具体涉及全功率变速抽水蓄能机组控制方法、装置、系统及介质。


背景技术：

2.新型电力系统建设过程中，大量新能源接入电网，其固有的随机性、波动性、间歇性给电力系统电力电量平衡、安全稳定控制都带来极大的挑战，亟需提升系统调节能力。作为最优质的储能技术之一，抽水蓄能已成为提升系统调节能力的重要手段之一，近年来，国家陆续出台多项政策支持抽水蓄能发展。其中，全功率变速抽水蓄能作为可变速抽水蓄能的重要方向，具有响应速度快、调节范围宽、无功支撑强、抽水功率可调等优点，非常适合与新能源进行互补联合发电，特别是响应系统有功和频率波动。然而，国内关于全功率变速抽水蓄能的相关研究才刚刚起步，特别是对于全功率变速抽水蓄能机组如何响应系统频率调节的相关技术尚属空白。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供全功率变速抽水蓄能机组控制方法、装置、系统及介质，解决当前全功率变速抽水蓄能机组响应系统频率波动的技术空白现象。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.第一方面，本发明提供了全功率变速抽水蓄能机组控制方法，该方法包括：
6.获取网侧系统频率，计算所述网侧系统频率与网侧系统额定频率的偏差，得到频率偏差；根据所述频率偏差，基于调频量计算法计算得到调频动作量；
7.根据所述调频动作量及协同控制器的负荷调节过程，基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令；
8.根据所述机组功率下发指令，基于协同寻优结合当前水头的信息，通过查询机组功率/效率/转速/水头的协联曲线，得到机组最优转速，并下发执行频率调节过程。
9.进一步地，所述调频量计算法为通过将所述频率偏差与预设调节死区进行比较，判断所述频率偏差是否超出预设调节死区，根据比较结果分情况计算调频动作量。
10.进一步地，所述分情况计算调频动作量，包括：
11.如果|δf|≤ε，则调频动作量δp＝0，即此时网侧系统频率波动较小，未超过调节死区，不需要机组进行调节；
12.如果δf＞+ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf-ε)，即此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调节；
13.如果δf＜-ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf+ε)，即此时系统网侧频率偏高，需要机组向下调节；
14.其中，δf为频率偏差，ε为预设调节死区；e
p
为机组调差率。
15.进一步地，所述基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令，包括：
16.步骤a，如果协同控制器此时未处于负荷调节过程中，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；
17.步骤b，如果协同控制器此时正处于负荷调节过程中，则由调频量叠加模块根据给定功率pn与机组当前功率pg比较，判断机组负荷调节方向，并根据所述负荷调节方向，与一次调频动作方向的匹配性，计算机组功率下发指令p
ref
；
18.其中，δp为调频动作量，pn为给定功率。
19.进一步地，所述步骤b的具体步骤为：
20.若pn＞pg，表示机组正处于加负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，则此时机组应停止负荷调节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；
21.若pn＜pg，表示机组正处于减负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，此时机组应停止负荷调节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，p
ref
＝pn+δp；
22.其中，pn为给定功率，pg为机组当前功率。
23.进一步地，所述下发执行调节过程在下发时判断机组当前运行模式，包括：
24.如果机组当前处于快速功率模式，即调速系统中的调速器采用转速闭环控制，变流器采用功率闭环控制，则将机组最优转速n
ref
下发至调速器，将机组功率下发指令p
ref
下发给变流器；
25.如果机组当前处于快速频率模式，即调速系统中的调速器采用功率闭环控制，变流器采用转速闭环控制，则将机组最优转速n
ref
下发至变流器，将机组功率下发指令p
ref
下发给调速器。
26.第二方面，本发明又提供了全功率变速抽水蓄能机组控制装置，该装置支持所述的全功率变速抽水蓄能机组控制方法；该装置包括：
27.频率偏差获取模块，用于获取网侧系统频率，计算所述网侧系统频率与网侧系统额定频率的偏差，得到频率偏差；
28.调频量计算模块，用于根据所述频率偏差，基于调频量计算法计算得到调频动作量；
29.调频量叠加模块，用于根据所述调频动作量及协同控制器的负荷调节过程，基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令；
30.协同寻优模块，根据所述机组功率下发指令，基于协同寻优结合当前水头的信息，通过查询机组功率/效率/转速/水头的协联曲线，得到机组最优转速，并下发执行频率调节过程。
31.进一步地，所述调频量计算模块的执行过程为：
32.通过将所述频率偏差与预设调节死区进行比较，判断所述频率偏差是否超出预设调节死区，根据比较结果分情况计算调频动作量，包括：
33.如果|δf|≤ε，则调频动作量δp＝0，即此时网侧系统频率波动较小，未超过调节死区，不需要机组进行调节；
34.如果δf＞+ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf-ε)，即此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调节；
35.如果δf＜-ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf+ε)，即此时系统网侧频率偏高，需要机组向下调节；
36.其中，δf为频率偏差，ε为预设调节死区；e
p
为机组调差率。
37.第三方面，本发明又提供了全功率变速抽水蓄能机组控制系统，该控制系统包括所述的全功率变速抽水蓄能机组控制装置；所述调频量计算模块设置于调速系统内，调速系统还包括调速器；所述调频量叠加模块和协同寻优模块设置于协同控制器内；
38.所述全功率变速抽水蓄能机组控制装置，用于实现全功率变速抽水蓄能机组响应网侧系统频率波动，并下发执行调节指令至调速器和变流器；
39.所述调速器，用于接收所述全功率变速抽水蓄能机组控制装置下发的执行指令，并根据所述执行指令进行水泵水轮机调速。
40.第四方面，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的全功率变速抽水蓄能机组控制方法。
41.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
42.本发明全功率变速抽水蓄能机组控制方法、装置、系统及介质，结构简单，逻辑清晰，可根据系统频率波动自动调整机组出力，并且避免机组负荷调整与系统调频需求矛盾的情况出现，可有效实现对新型电力系统频率调节需求的快速响应。
附图说明
43.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，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
44.图1为本发明全功率变速抽水蓄能机组控制方法总体流程图。
45.图2为本发明实施例1全功率变速抽水蓄能机组在快速功率模式下快速调频示意图。
46.图3为本发明实施例2全功率变速抽水蓄能机组在快速频率模式下快速调频示意图。
47.图4为本发明调频量计算模块框图，即调频量计算法示意图。
48.图5为本发明全功率变速抽水蓄能机组控制装置结构示意图。
具体实施方式
49.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。
50.实施例1
51.如图1、图2和图4所示，图1为全功率变速抽水蓄能机组控制方法总体流程图；图2为全功率变速抽水蓄能机组在快速功率模式下快速调频示意图；图4为调频量计算模块框图，即调频量计算法示意图；以下结合图1、图2和图4，对本发明方法在快速功率模式下的详
细实施步骤进行描述。
52.本发明全功率变速抽水蓄能机组控制方法，该方法包括：
53.步骤1，获取网侧系统频率f，计算所述网侧系统频率f与网侧系统额定频率fn(一般为50hz)的偏差，得到频率偏差δf，δf＝f
n-f；将频率偏差δf输入调频量计算模块。
54.步骤2，根据所述频率偏差δf，调频量计算模块基于调频量计算法计算得到调频动作量δp；
55.本实施例中，所述调频量计算法为通过将所述频率偏差δf与预设调节死区
±
ε进行比较，判断所述频率偏差δf是否超出预设调节死区，根据比较结果分情况计算调频动作量δp。
56.具体地，所述分情况计算调频动作量，包括：
57.如果|δf|≤ε，则调频动作量δp＝0，即此时网侧系统频率波动较小，未超过调节死区，不需要机组进行调节；
58.如果δf＞+ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf-ε)，即此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调节；
59.如果δf＜-ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf+ε)，即此时系统网侧频率偏高，需要机组向下调节；
60.其中，δf为频率偏差，ε为预设调节死区；e
p
为机组调差率。
61.步骤3，将步骤2中得到的调频动作量δp送至协同控制器中的调频量叠加模块，根据所述调频动作量δp及协同控制器的负荷调节过程，调频量叠加模块基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令；并将计算得到的机组功率下发指令p
ref
传输给协同寻优模块；包括：
62.步骤a，如果协同控制器此时未处于负荷调节过程中，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；
63.步骤b，如果协同控制器此时正处于负荷调节过程中，则由调频量叠加模块根据给定功率pn与机组当前功率pg比较，判断机组负荷调节方向，并根据所述负荷调节方向，与一次调频动作方向的匹配性，执行以下步骤来计算机组功率下发指令p
ref
；
64.①
若pn＞pg，表示机组正处于加负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，则此时机组应停止负荷调节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；
65.②
若pn＜pg，表示机组正处于减负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，此时机组应停止负荷调节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，p
ref
＝pn+δp；
66.其中，pn为给定功率，pg为机组当前功率。
67.步骤c，将计算得到的机组功率下发指令p
ref
传输给协同寻优模块；
68.步骤4，根据所述机组功率下发指令，协同寻优模块基于协同寻优结合当前水头的信息，通过查询机组功率/效率/转速/水头的协联曲线，得到机组最优转速，并将所述机组最优转速作为转速给定n
ref
下发至调速器，同时将给定功率p
ref
下发给变流器，完成频率调
节过程。
69.总之，本发明给出了全功率变速抽水蓄能机组控制方法，能够快速响应系统频率波动。由于全功率变速机组具备响应速度快等优点，采用本发明可实现根据系统频率波动自动调整机组出力，并且避免机组负荷调整与系统调频需求矛盾的情况出现，可有效实现对新型电力系统频率调节需求的快速响应，填补了全功率机组参数系统频率调节的技术空白。
70.实施例2
71.如图1、图3和图4所示，图1为全功率变速抽水蓄能机组控制方法总体流程图；图3为全功率变速抽水蓄能机组在快速频率模式下快速调频示意图，图4为调频量计算模块框图，即调频量计算法示意图；以下结合图1、图3和图4，对本发明方法在快速频率模式下的详细实施步骤进行描述。
72.本发明全功率变速抽水蓄能机组控制方法，该方法包括：
73.步骤1，获取网侧系统频率f，计算所述网侧系统频率f与网侧系统额定频率fn(一般为50hz)的偏差，得到频率偏差δf，δf＝f
n-f；将频率偏差δf输入调频量计算模块。
74.步骤2，根据所述频率偏差δf，调频量计算模块基于调频量计算法计算得到调频动作量δp；
75.本实施例中，所述调频量计算法为通过将所述频率偏差δf与预设调节死区
±
ε进行比较，判断所述频率偏差δf是否超出预设调节死区，根据比较结果分情况计算调频动作量δp。
76.具体地，所述分情况计算调频动作量，包括：
77.如果|δf|≤ε，则调频动作量δp＝0，即此时网侧系统频率波动较小，未超过调节死区，不需要机组进行调节；
78.如果δf＞+ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf-ε)，即此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调节；
79.如果δf＜-ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf+ε)，即此时系统网侧频率偏高，需要机组向下调节；
80.其中，δf为频率偏差，ε为预设调节死区；e
p
为机组调差率。
81.步骤3，将步骤2中得到的调频动作量δp送至协同控制器中的调频量叠加模块，根据所述调频动作量δp及协同控制器的负荷调节过程，调频量叠加模块基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令；并将计算得到的机组功率下发指令p
ref
传输给协同寻优模块；包括：
82.步骤a，如果协同控制器此时未处于负荷调节过程中，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；
83.步骤b，如果协同控制器此时正处于负荷调节过程中，则由调频量叠加模块根据给定功率pn与机组当前功率pg比较，判断机组负荷调节方向，并根据所述负荷调节方向，与一次调频动作方向的匹配性，执行以下步骤来计算机组功率下发指令p
ref
；
84.①
若pn＞pg，表示机组正处于加负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，则机组功率下发指令p
ref
＝pn+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，则此时机组应停止负荷调
节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；
85.②
若pn＜pg，表示机组正处于减负荷过程，如果调频动作量δp＞0，表示此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调整功率，此时机组应停止负荷调节，优先响应系统频率调节需求，p
ref
＝pg+δp；如果调频动作量δp＜0，表示此时网侧系统频率偏高，需要机组向下调整功率，p
ref
＝pn+δp；
86.其中，pn为给定功率，pg为机组当前功率。
87.步骤c，将计算得到的机组功率下发指令p
ref
传输给协同寻优模块；
88.步骤4，根据所述机组功率下发指令，协同寻优模块基于协同寻优结合当前水头的信息，通过查询机组功率/效率/转速/水头的协联曲线，得到机组最优转速，并将所述机组最优转速作为转速给定n
ref
下发至变流器，同时将给定功率p
ref
下发给调速器，完成频率调节过程。
89.实施例3
90.如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了全功率变速抽水蓄能机组控制装置，该装置支持实施例1所述的全功率变速抽水蓄能机组控制方法；该装置包括：
91.频率偏差获取模块，用于获取网侧系统频率，计算所述网侧系统频率与网侧系统额定频率的偏差，得到频率偏差；
92.调频量计算模块，用于根据所述频率偏差，基于调频量计算法计算得到调频动作量；
93.调频量叠加模块，用于根据所述调频动作量及协同控制器的负荷调节过程，基于调频量叠加法计算得到机组功率下发指令；
94.协同寻优模块，根据所述机组功率下发指令，基于协同寻优结合当前水头的信息，通过查询机组功率/效率/转速/水头的协联曲线，得到机组最优转速，并下发执行频率调节过程。
95.作为进一步地实施，所述调频量计算模块的执行过程为：
96.通过将所述频率偏差与预设调节死区进行比较，判断所述频率偏差是否超出预设调节死区，根据比较结果分情况计算调频动作量，包括：
97.如果|δf|≤ε，则调频动作量δp＝0，即此时网侧系统频率波动较小，未超过调节死区，不需要机组进行调节；
98.如果δf＞+ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf-ε)，即此时网侧系统频率偏低，需要机组向上调节；
99.如果δf＜-ε，则调频动作量δp＝(1/e
p
)(δf+ε)，即此时系统网侧频率偏高，需要机组向下调节；
100.其中，δf为频率偏差，ε为预设调节死区；e
p
为机组调差率。
101.各个模块的执行过程按照实施例1所述的全功率变速抽水蓄能机组控制方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。
102.实施例4
103.如图2和图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了全功率变速抽水蓄能机组控制系统，该控制系统包括所述的全功率变速抽水蓄能机组控制装置；所述调
频量计算模块设置于调速系统内，调速系统还包括调速器；所述调频量叠加模块和协同寻优模块设置于协同控制器内；
104.所述全功率变速抽水蓄能机组控制装置，用于实现全功率变速抽水蓄能机组响应网侧系统频率波动，并下发执行调节指令至调速器和变流器；
105.所述调速器，用于接收所述全功率变速抽水蓄能机组控制装置下发的执行指令，并根据所述执行指令进行水泵水轮机调速。
106.其中，图1和图2中的下半部分指的是机组的控制部分，即该控制系统(包括调速系统和协同控制器，所述调速系统包括调速器和调频量计算模块，所述协同控制器包括调频量叠加模块和协同寻优模块)；图1和图2中的上半部分指的是机组的主机部分(水泵水轮机、发电发动机和变流器)。
107.因此，本发明提出的全功率变速抽水蓄能机组控制系统，结构简单，逻辑清晰，可根据系统频率波动自动调整机组出力，并且避免机组负荷调整与系统调频需求矛盾的情况出现，可有效实现对新型电力系统频率调节需求的快速响应。
108.同时，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的全功率变速抽水蓄能机组控制方法。
109.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
110.本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
111.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。
112.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。
113.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。