一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法

本发明属于火电机组一次调频，特别涉及一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法。

背景技术：

1、目前,火电机组仍处于国内电网结构中的主体地位，因此大型燃煤发电机组是发电侧响应电网一次调频需求的关键环节。一次调频是指对电网中由于负荷变动所引起的周波变化，如汽轮机调节系统和机组协调控制系统根据电网频率的变化情况利用锅炉的蓄能，自动改变调门的开度，即发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来满足电网负荷变化的过程。一次调频的调节品质直接影响电网安全和供电质量，合理设置一次调频各个环节的参数，对一次调频能力的提高起着至关重要的作用。为了提高一次调频的响应速度，需要选取合适的死区阈值和转速不等率。

2、调频死区是一次调频的最重要参数之一，一方面，调频死区的设置大小关系着一次调频响应的快慢及出力大小。死区设置过大，当系统发生较大功率缺额时调速器不动作，不利于频率提升到一定范围内，影响一次调频能力，更严重的可能发生重大交通事故；死区设置过小，即使非常轻微的频率变化也能引起调速器动作，从而导致发电机阀门的频繁调节，影响机组的稳定性和使用寿命。另一方面，死区的存在会影响频率的概率分布特性。传统的火电厂的机组一次调频控制方法往往设置固定死区，难以灵活协调运行的经济与安全。

3、马尔可夫决策过程(markov decision process,mdp)是序贯决策(sequentialdecision)的数学模型，用于在系统状态具有马尔可夫性质的环境中模拟智能体可实现的随机性策略与回报。

4、综上所述需要设计一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，克服传统死区频率响应控制灵活性不足的问题，充分发挥频率响应的性能优势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、步骤1：针对火电机组参与频率响应的运行过程，按照周期指令进行mdp阶段划分，构建mdp模型；

3、步骤2：求解mdp模型，得到最优死区阈值控制策略，基于最优死区阈值控制策略，根据采集到的系统负荷扰动和系统频率偏差进行匹配并确定死区通道类型，所述死区通道类型分为小死区阈值通道和大死区阈值通道；

4、步骤3：当死区通道类型为小死区阈值通道时，设置小死区阈值c1和小死区转速不等率r1，以保证机组能够快速响应一次调频信号；

5、步骤4：当死区通道类型为大死区阈值通道时，设置大死区阈值c2和大死区转速不等率r2，以保证系统频率响应运行的安全性；

6、步骤5：将大死区阈值通道和小死区阈值通道输出信号相加，得到一次调频综合控制信号，将所述一次调频综合控制信号输出至机组控制系统，完成一次调频控制。

7、所述进行mdp阶段划分，构建mdp模型的步骤为：

8、1)选取状态变量：xk＝(fk,pk)

9、其中，xk为mdp模型的状态变量，fk为初始频差，pk为系统扰动；

10、2)确定决策变量：dbl和dbs

11、其中，dbl为大死区决策变量，dbs为小死区决策变量；

12、3)确定状态转移概率：p(xk+1|xk,dbk)＝p(pk+1|pk,dbk)；

13、其中，dbk为系统在状态变量xk所表示的状态下采取的决策，p为状态转移概率；

14、4)确定阶段收益函数：

15、ck(xk,dbk)＝-ck,fr-ck,fre

16、其中：

17、

18、

19、ck,fr为k阶段频率响应的调节成本；ck,fre为k阶段频率越限的惩罚成本；cfr为频率响应调节单价；pfr(t)为t时刻频率响应功率；cfre为频率越限惩罚单价,1f(t)为指示函数,fpun为频率波动惩罚阈值，f(t)为t时刻对应的频率偏差，tk为k阶段对应的时刻；

20、5)构建贝尔曼最优方程，所述贝尔曼最优方程形式如下：

21、

22、其中，v*(x)为最优值函数，db为决策变量，c(x,db)为系统在x状态下采取决策db后能够获取的阶段收益，ρ为折算因子，p(x'|x)为给出状态x下，环境转移到下一个状态x'的概率。

23、所述求解mdp模型的步骤为：

24、1)初始化频率响应控制mdp模型的相关参数；

25、2)基于数值模拟生成功率扰动oup时间序列，并计算状态转移矩阵；

26、3)采用值迭代实现快速收敛寻优；

27、4)经过优先迭代后，导出最优值函数v*(x)中各状态变量x所对应的决策变量db*(x),其集合即为最优死区阈值控制策略π*。

28、所述根据采集到的系统负荷扰动和系统频率偏差进行匹配并确定死区通道类型的步骤为：

29、1)判断系统负荷扰动类型，当系统负荷扰动＜2％p.u.时，定义为小负荷，否则定义为大负荷；

30、2)判断系统频率偏差类型，当系统频率偏差＜0.2hz时，定义为小频差，否则定义为大频差；

31、3)判断死区通道类型，当系统负荷扰动类型为小负荷，且系统频率偏差类型为小频差时死区通道类型为大死区阈值通道；

32、当系统负荷扰动类型为大负荷，且系统频率偏差类型为大频差时死区通道类型为小死区阈值通道；

33、当系统负荷扰动类型为大负荷，且系统频率偏差类型为小频差时死区通道类型为小死区阈值通道；

34、当系统负荷扰动类型为小负荷，且系统频率偏差类型为大频差时死区通道类型为小死区阈值通道。

35、所述小死区阈值c1为1-1.4r/min，小死区转速不等率r1为3％。

36、所述大死区阈值c2为1.9r/min，大死区转速不等率r2为4％-5％。

37、本发明的有益效果在于：

38、(1)本发明提出的控制方法能够克服传统定死区频率响应控制灵活性不足的问题，充分发挥频率响应的性能优势；

39、(2)本发明提出的控制方法能够提升机组一次调频的稳定性；

40、(3)本发明基于序贯决策理论，采用“离线计算,实时匹配”原则，使得控制过程更加迅速和稳定.

41、(4)本发明提出的控制方法能够在一定程度上促进新能源发电消纳。

技术特征：

1.一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，所述进行mdp阶段划分，构建mdp模型的步骤为：

3.根据权利要求1所述的基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，所述求解mdp模型的步骤为：

4.根据权利要求1所述的基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，所述根据采集到的系统负荷扰动和系统频率偏差进行匹配并确定死区通道类型的步骤为：

5.根据权利要求1所述的基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，所述小死区阈值c1为1-1.4r/min，小死区转速不等率r1为3％。

6.根据权利要求1所述的基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，其特征在于，所述大死区阈值c2为1.9r/min，大死区转速不等率r2为4％-5％。

技术总结
本发明公开了属于火电机组一次调频技术领域，特别涉及一种基于动态死区参数设置的一次调频优化方法，包括构建MDP模型；确定系统负荷扰动和系统频率偏差，求解MDP模型匹配死区通道；为小死区阈值通道设置小死区阈值C1和小死区转速不等率R1，以保证机组能够快速响应一次调频信号；为大死区通道设置大死区阈值C2和大死区转速不等率R2，以保证系统频率响应运行的安全性；将两通道输出信号相加，输出控制指令。本发明将考虑高比例新能源并网后电力系统频率稳定性变差现象，通过一种动态死区阈值控制方法，克服传统定死区频率响应控制灵活性不足的问题，充分发挥频率响应的优势，深度挖掘火电机组一次调频的能力。

技术研发人员：杜鸣,沈烨昱,李军,吴泽宇,王利国,牛玉广,曾卫东,戴冠正
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13