一种多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法与流程

本发明属于电力系统稳定和控制领域，特别涉及一种多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法。

背景技术：

1、风力发电在电力系统中的渗透率逐渐提高，风力发电已成为电网中非常重要的电源。风电机组的输出功率与电网频率解耦，无法响应频率变化。因此，当大规模风力发电并网时，整个系统的频率调节能力会明显减弱，可能会威胁到电力系统的频率稳定性。许多国家都制定了关于风力发电如何为电力系统提供频率支持的并网规范。一些并网规范规定了风力发电可以参与一次调频，另一些电网规范还对风力发电的快速频率响应能力提出了要求。

2、当电力系统突然出现大功率不足时，频率会迅速下降。当前电力系统中可用的频率支撑手段包括直流输电线路的功率调制、抽水蓄能、可中断负荷的快速切除以及风力发电机组的快速频率响应。除风力发电外，其他频率支撑手段提供的支持电量具有固定数值；而风力发电能够提供的支撑功率是随时间变化的，既与调频控制的方式和控制参数的大小有关，也与风电机组在调频启动前的初始风速密切相关。不同初始风速的风电机组的调频能力和调频代价各不相同，如何通过合理的决策，在最小的调频代价下实现电网的调频目标，对于保持系统频率稳定以及维护风电场的经济利益均有重要意义，但目前尚未有被广泛采用的决策方法，尤其是针对包含多个风电场的场群参与调频的场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法，首先可确定电力系统对风电场群功率支撑总量的需求，进而确定场群内参与调频响应的风电场及其控制参数的大小，从而以最小的风电场群调频代价，实现电网的调频目标。

2、为达到上述目的，本发明的多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法包括以下步骤：

3、步骤1、根据电网中同步发电机的开机组合及其发电功率变化情况，更新系统频率响应函数；

4、步骤2、滚动预测各风电场出力，并根据各风电场的风速组合模型得到各风电场内部所有机组的风速；

5、步骤3、根据电网的预想故障集，确定风电场群在不同预想故障下的功率支撑指标和对应的系统频率变化曲线；

6、步骤4、将不同预想故障下的预期频率变化曲线输入到采用分级控制参数的各风电场仿真模型中，计算各风电场的分级功率响应曲线；各风电场仿真模型是指仅保留机械动态的快速仿真模型。

7、步骤5、根据各风电场分级功率响应的效益与代价，得到每层控制参数下各风电场参与调频的优先级；

8、步骤6、针对预想故障集中的故障，根据各风电场参与调频的优先级，制定风电场群参与调频的策略表；

9、步骤7、判断电网是否发生预想故障，如果发生故障则执行步骤8；如果无故障，则进入步骤9；

10、步骤8、查询风电场群调频响应策略表，控制各风电场按既定策略参与调频响应；

11、步骤9、判断是否到达下一个滚动预测周期，如果达到则返回执行步骤1；如果未到达则返回执行步骤7。

12、进一步，风电场群在不同预想故障下包括四个功率支撑指标，具体为有功功率变化的最大值δpmax、有功功率变化达到最大值的时间tm、有功功率变化归零的时间tz和有功功率变化的允许最小值δpmin；

13、步骤3中，该四个功率支撑指标的搜索范围是通过离线计算、在线匹配的方法获得的，具体方法是：

14、离线计算单台风电机组在不同风速和不同系统功率缺额下的调频响应，得到δpmax最大时的四个指标数值、δpmin最小时的四个指标数值、tz最大值和tz最小值；其中，不同风速的变化步长为0.1m/s，不同系统功率缺额的变化步长为0.01p.u.、变化范围为0.05p.u.至0.2p.u.；

15、在线匹配时，根据步骤2对风电场内各机组风速的预测结果，针对每台机组，在离线计算结果中查询获得当前预想故障下的计算结果，将δpmax最大时的四个指标数值连接成一条指标曲线lmax，将δpmin最小时的四个指标数值连接成一条指标曲线lmin；

16、然后，分别累加风电场群内各机组的上述两条指标曲线，得到风电场群的两条响应指标曲线lmax_σ和lmin_σ；接着，将lmax_σ上的有功功率最大值作为指标δpmax的取值上限，将风电场等效阶跃支撑功率δpstep作为指标δpmax的取值下限；

17、取lmin_σ上的有功功率最小值作为指标δpmin的取值下限，指标δpmin的取值上限为0；取所有风电机组中指标tz的最大值和最小值分别作为指标tz取值的上限和下限。

18、进一步的，步骤3中，风电场群在不同预想故障下的功率支撑指标的得到方法是：

19、首先，以实现系统频率最低值控制目标fmin1和增发功率最小为寻优目标，设定tz和tm的比例为3:1，使用优化算法确定指标δpmax和tz的数值；

20、然后，固定已确定的δpmax、tz和tm的数值，以指标δpmin的下限为初始值，逐次增加δpmin直到满足系统频率二次跌落幅度δfmin2要求为止。

21、进一步的，步骤4中，风电场的分级控制参数是指设置3组不同大小的参数，从而获得不同强度的调频响应及相应不同的调频代价，其中最大的参数是能够保证风电机组在各种预想故障下稳定运行的最大控制参数，最小参数是满足风电调频响应国家标准要求的参数取值，中间参数是最大参数和最小参数的平均值。

22、进一步的，步骤5中，风电场分级功率响应的效益是指在风电场调频响应的功率变化曲线上，功率高于调频前稳态功率部分的面积；风电场分级功率响应的代价是指在风电场调频响应的功率变化曲线上，功率低于调频前稳态功率部分的面积。

23、进一步的，步骤5中，每级控制参数下各风电场参与调频的优先级是根据每个风电场调频功率响应的效益与代价之比，从大到小排序得到。

24、进一步的，步骤6中，制定风电场群参与调频的策略表的具体方法是：针对预想故障集中的某一故障，根据步骤5中得到的各风电场参与调频的优先级，通过组合优化方法获得风电场群的一条高于且最接近步骤3所到风电场群功率支撑总量需求指标的曲线，及其对应的参与响应的若干风电场和这些风电场的控制参数。

25、进一步的，步骤8中，查询风电场群调频响应策略表的具体方法是，根据电网实际发生的故障，首先根据测量数据获得电网的功率缺额，然后在步骤6制定的策略表中，找到高于且最接近实际功率缺额的一条策略，得到对应的各风电场是否参与调频及其调频控制参数的结果。

26、与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明能够快速地对风电场群如何参与电网频率支撑做出决策，一方面用于确定电网对风电场群功率支撑总量的需求，另一方面确定风电场群内各风电场的调频响应参数，从而能够以最小的风电场群调频代价实现电网既定的调频目标，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要作用。

技术特征：

1.一种多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法，其特征是包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：

3.根据权利要求2所述的滚动决策方法，其特征是：步骤3中，风电场群在不同预想故障下的功率支撑指标的得到方法是：

4.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：步骤4中，风电场的分级控制参数是指设置3组不同大小的参数，从而获得不同强度的调频响应及相应不同的调频代价，其中最大的参数是能够保证风电机组在各种预想故障下稳定运行的最大控制参数，最小参数是满足风电调频响应国家标准要求的参数取值，中间参数是最大参数和最小参数的平均值。

5.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：步骤5中，风电场分级功率响应的效益是指在风电场调频响应的功率变化曲线上，功率高于调频前稳态功率部分的面积；风电场分级功率响应的代价是指在风电场调频响应的功率变化曲线上，功率低于调频前稳态功率部分的面积。

6.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：步骤5中，每级控制参数下各风电场参与调频的优先级是根据每个风电场调频功率响应的效益与代价之比，从大到小排序得到。

7.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：步骤6中，制定风电场群参与调频的策略表的具体方法是：针对预想故障集中的某一故障，根据步骤5中得到的各风电场参与调频的优先级，通过组合优化方法获得风电场群的一条高于且最接近步骤3所到风电场群功率支撑总量需求指标的曲线，及其对应的参与响应的若干风电场和这些风电场的控制参数。

8.根据权利要求1所述的滚动决策方法，其特征是：步骤8中，查询风电场群调频响应策略表的具体方法是，根据电网实际发生的故障，首先根据测量数据获得电网的功率缺额，然后在步骤6制定的策略表中，找到高于且最接近实际功率缺额的一条策略，得到对应的各风电场是否参与调频及其调频控制参数的结果。

技术总结
本发明公开了一种多风电场参与电网频率支撑响应的滚动决策方法，属于电力系统稳定和控制领域，该方法根据各风电场分级功率响应的效益与代价，得到每层控制参数下各风电场参与调频的优先级；针对预想故障集中的故障，根据各风电场参与调频的优先级，制定风电场群参与调频的策略表；然后，判断电网是否发生预想故障，如果发生故障则查询风电场群调频响应策略表，控制各风电场按既定策略参与调频响应；如果无故障，则判断是否到达下一个滚动预测周期，如果达到则返回更新系统频率响应函数，如果未到达则继续判断电网是否发生预想故障。该方法以最小的风电场群调频代价，实现电网的调频目标。

技术研发人员：马骏超,王浩源,王晨旭,刘佳宁,彭琰,倪秋龙,孙景钌,金宇清,余一平
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4