一种新能源场站快速频率响应方法及系统与流程

本发明涉及新能源调频，尤其涉及一种新能源场站快速频率响应方法及系统。

背景技术：

1、频率是电能质量的重要指标之一，是反映电力系统运行状态的重要参数。一般情况下，系统频率反映了电力系统中有功功率供需平衡的基本状态，它将随负荷波动在小范围内缓慢变化。在稳定的运行状态，发电机输出功率与系统负荷及损耗维持平衡，电力系统频率为标称值。如果大容量负荷或发电机的投切以及控制设备的不完善都可能导致频率偏移，由此给电力系统的稳定运行和用户设备的正常工作带来影响。当发电和用户不平衡，用电功率超过发电机的负载能力而造成电网低频运行时，因为电源与负荷在低频率下重新平衡很不牢固，也就是说稳定性很差，容易造成电网瓦解，会严重威胁电网的安全运行；频率降低，发电机和电动机转速下降，使发电机端电压和电动机出力下降，从而影响用户产品的质量和产量，致使工业用户废品率增加，原材料和能源的消耗也随之增加，甚至可能导致发电设备和电动机的烧毁及其他设备的损坏；对频率有严格要求的自动化设备往往会出现误动:引起电钟不准，电气测量仪器误差增大，安全自动装置及继电保护误动作等。电力系统高频运行是指系统电源出力高于负荷标称频率下消耗的一种异常工况,这种工况绝大部分是电源机组由于各种原因突然甩去大量负荷而引起的，当电网出现高频时，也同样会对电力系统和用户产生重大危害，尤其在安全方面更为严重。

2、其中，新能源场站包括风电场和光伏电站，也需要参与一次调频，现有方法通过新能源场站的管理系统去控制所有发电单元的功率按照要求进行响应，例如控制所有的风电机组或光伏逆变器的功率。但由于组成单元很多，风电场/光伏电站由几十上百个风电机组/光伏逆变器单元组成，通信存在延时，其启动时间和频率响应速度难以提高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新能源场站快速频率响应方法及系统，解决了新能源场站频率响应速度难以提高的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种新能源场站快速频率响应方法，其中，新能源场站包括第一发电单元群和第二发电单元群，所述第一发电单元群和所述第二发电单元群均包含多个发电单元，其中，第一发电单元群中的每个发电单元的输出功率设为最低额定功率限值，第二发电单元群中的每个发电单元的输出功率设为最高额定功率限值，其方法包括以下步骤：

3、获取新能源场站的电网频率值；

4、判断所述电网频率值是否超出预设的一次调频死区，若判断所述电网频率值超出所述预设的一次调频死区，则执行下一步；

5、根据所述电网频率值以及新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线判断新能源场站的功率调整方向，所述功率调整方向包括上升功率和下降功率；

6、根据所述功率调整方向确定闭环控制对应的发电单元群，其中，若所述功率调整方向为上升功率，则对所述第一发电单元群进行闭环控制，若所述功率调整方向为下降功率，则对所述第二发电单元群进行闭环控制；

7、获取新能源场站的实时有功功率，根据所述功率调整方向和所述实时有功功率计算新能源场站的功率目标值；

8、根据功率目标值通过快速离散控制调节方法对相应的发电单元群中各个发电单元进行功率分配，得到功率分配执行策略；

9、将所述功率分配执行策略下发至相应的发电单元群中的各个发电单元进行调频响应操作。

10、优选地，根据所述电网频率值以及新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线判断新能源场站的功率调整方向，所述功率调整方向包括上升功率和下降功率的步骤具体包括：

11、根据新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线获取一次调频动作区的上限频率和一次调频动作区的下限频率；

12、将所述电网频率值分别与一次调频动作区的上限频率和所述一次调频动作区的下限频率进行比较，若所述电网频率值大于所述一次调频动作区的上限频率，则判定新能源场站的功率调整方向为下降功率，若所述电网频率值小于所述一次调频动作区的下限频率，则判定新能源场站的功率调整方向为上升功率。

13、优选地，获取新能源场站的实时有功功率，根据所述功率调整方向和所述实时有功功率计算新能源场站的功率目标值的步骤具体包括:

14、获取新能源场站的实时有功功率，记为p0，通过下式新能源场站的功率目标值为：

15、

16、式中，p*表示功率目标值，δ表示新能源一次调频调差系数，pn表示额定功率，f表示电网频率值，fd表示一次调频死区，fn表示电网额定频率。

17、优选地，根据功率目标值通过快速离散控制调节方法对相应的发电单元群中各个发电单元进行功率分配，得到功率分配执行策略的步骤具体包括：

18、获取发电单元群中各个发电单元的实时功率，记为p；

19、根据发电单元的实时功率与功率目标值计算功率偏差量为，

20、δp＝p*-p

21、式中，δp表示功率偏差量；

22、根据各个发电单元对应的功率偏差量通过下式计算相应的功率分配系数为，

23、式中，kpn表示功率分配系数，kn表示超调系数；

24、根据各个发电单元对应的功率偏差量和实时功率以及功率目标值通过下式计算相应的分配系数为，

25、

26、式中，k2表示分配系数；

27、通过所述功率分配系数和所述分配系数计算相应的发电单元的功率分配值为，

28、δpn＝kpn×k2

29、式中，δpn表示功率分配值；

30、获取发电单元群的平均响应滞后时间，根据发电单元群的平均响应滞后时间通过下式计算指令下发间隔时间为，

31、

32、式中，δt表示指令下发间隔时间，t0表示发电单元群的平均响应滞后时间；

33、根据指令下发间隔时间以及各个发电单元分别对应的功率分配值形成功率分配执行策略。

34、优选地，将所述功率分配执行策略下发至相应的发电单元群中的各个发电单元进行调频响应操作的步骤之后还包括：

35、获取新能源场站的电网经过调频响应操作后的实际功率值；

36、根据所述实际功率值与所述功率目标值计算实际功率偏差值，判断所述实际功率偏差值是否大于预设的偏差值，若判断所述实际功率偏差值大于预设的偏差值，则重新调整超调系数，并执行根据各个发电单元对应的功率偏差量通过下式计算相应的功率分配系数的步骤，若判断所述实际功率偏差值不大于预设的偏差值，则结束调频操作。

37、第二方面，本发明提供的一种新能源场站快速频率响应系统，其中，新能源场站包括第一发电单元群和第二发电单元群，所述第一发电单元群和所述第二发电单元群均包含多个发电单元，其中，第一发电单元群中的每个发电单元的输出功率设为最低额定功率限值，第二发电单元群中的每个发电单元的输出功率设为最高额定功率限值，其系统包括：

38、频率获取模块，用于获取新能源场站的电网频率值；

39、第一判断模块，用于判断所述电网频率值是否超出预设的一次调频死区；

40、调整方向判断模块，用于根据所述电网频率值以及新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线判断新能源场站的功率调整方向，所述功率调整方向包括上升功率和下降功率；

41、闭环控制模块，用于根据所述功率调整方向确定闭环控制对应的发电单元群，其中，若所述功率调整方向为上升功率，则对所述第一发电单元群进行闭环控制，若所述功率调整方向为下降功率，则对所述第二发电单元群进行闭环控制；

42、目标功率计算模块，用于获取新能源场站的实时有功功率，根据所述功率调整方向和所述实时有功功率计算新能源场站的功率目标值；

43、调频分配模块，用于根据功率目标值通过快速离散控制调节方法对相应的发电单元群中各个发电单元进行功率分配，得到功率分配执行策略；

44、调频响应模块，用于将所述功率分配执行策略下发至相应的发电单元群中的各个发电单元进行调频响应操作。

45、优选地，所述调整方向判断模块具体包括：

46、限值获取模块，用于根据新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线获取一次调频动作区的上限频率和一次调频动作区的下限频率；

47、方向确定模块，用于将所述电网频率值分别与一次调频动作区的上限频率和所述一次调频动作区的下限频率进行比较，若所述电网频率值大于所述一次调频动作区的上限频率，则判定新能源场站的功率调整方向为下降功率，若所述电网频率值小于所述一次调频动作区的下限频率，则判定新能源场站的功率调整方向为上升功率。

48、优选地，所述目标功率计算模块具体包括:

49、有功功率获取模块，用于获取新能源场站的实时有功功率，记为p0，通过下式新能源场站的功率目标值为：

50、

51、式中，p*表示功率目标值，δ表示新能源一次调频调差系数，pn表示额定功率，f表示电网频率值，fd表示一次调频死区，fn表示电网额定频率。

52、优选地，所述调频分配模块具体包括：

53、单元功率获取模块，用于获取发电单元群中各个发电单元的实时功率，记为p；

54、偏差量计算模块，用于根据发电单元的实时功率与功率目标值计算功率偏差量为，

55、δp＝p*-p

56、式中，δp表示功率偏差量；

57、第一系数计算模块，用于根据各个发电单元对应的功率偏差量通过下式计算相应的功率分配系数为，

58、

59、式中，kpn表示功率分配系数，kn表示超调系数；

60、第二系数计算模块，用于根据各个发电单元对应的功率偏差量和实时功率以及功率目标值通过下式计算相应的分配系数为，

61、

62、式中，k2表示分配系数；

63、功率分配计算模块，用于通过所述功率分配系数和所述分配系数计算相应的发电单元的功率分配值为，

64、δpn＝kpn×k2

65、式中，δp n表示功率分配值；

66、间隔时间计算模块，用于获取发电单元群的平均响应滞后时间，根据发电单元群的平均响应滞后时间通过下式计算指令下发间隔时间为，

67、

68、式中，δt表示指令下发间隔时间，t0表示发电单元群的平均响应滞后时间；

69、策略构建模块，用于根据指令下发间隔时间以及各个发电单元分别对应的功率分配值形成功率分配执行策略。

70、优选地，本系统还包括：

71、实际功率获取模块，用于获取新能源场站的电网经过调频响应操作后的实际功率值；

72、偏差比较模块，用于根据所述实际功率值与所述功率目标值计算实际功率偏差值，判断所述实际功率偏差值是否大于预设的偏差值，若判断所述实际功率偏差值大于预设的偏差值，则重新调整超调系数，若判断所述实际功率偏差值不大于预设的偏差值，则结束调频操作。

73、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

74、本发明通过获取新能源场站的电网频率值，若电网频率值超出所述预设的一次调频死区，则根据所述电网频率值以及新能源场站参与的电网一次调频下垂曲线判断新能源场站的功率调整方向，根据功率调整方向确定闭环控制对应的发电单元群，并计算新能源场站的功率目标值，根据功率目标值通过快速离散控制调节方法对相应的发电单元群中各个发电单元进行功率分配，得到功率分配执行策略，将功率分配执行策略下发至相应的发电单元群中的各个发电单元进行调频响应操作，从而只对部分发电单元进行调频响应，避免场站通信存在延时，提高了调频响应的启动时间和频率响应速度。