一种基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法及装置与流程

本发明涉及多能互补发电控制，具体为一种基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法及装置。

背景技术：

1、新型电力系统中风光新能源占比的逐步提升，使电力系统变为电力电子系统，带来电网形态功能的深刻变化，具体表现就是“双高”特性，即：高比例新能源、高比例电力电子装备。传统电力系统电源以常规火电、水电为主，发电出力连续可控；新能源发电受气候变化和天气条件影响大，具有随机性、波动性、间歇性的特点，发电出力弱可控和高度不确定；高比例新能源将使电网运行特性由连续可控电源变为弱可控和强不确定性电源。因此，风光新能源占比逐步提升后，其固有的非连续、瞬时波动特性以及电力电子特性，将会严重影响电网的实时功率平衡，造成电网电压和频率发生波动，直接影响电网稳定性。

2、抽水蓄能机组启停灵活，响应速度快，并具有一定的调节库容，全功率变速恒频抽水蓄能机组由于采用了全功率变流器，响应速度更快，具备±20％额定功率毫秒级调节特性，从而进一步提升了机组的调控能力。目前，我国已经在抽水蓄能与光伏互补发电方面展开应用示范，但在变速抽水蓄能机组与光伏的互补平滑控制方面研究较少，大多集中于水电、抽蓄电站与光伏的长时间尺度互补发电、优化调度等方面，还需进一步完善变速抽蓄与光伏的联合控制技术，用于指导变速抽水蓄能电站与光伏互补联合发电时的出力平滑控制需求。因此需提出一种基于全功率变速抽水蓄能机组的秒级光伏快速平抑方法，提高光伏与变速抽蓄打捆送出的平滑性和稳定性，减少弃光电量，以实现对光电资源的充分利用，有效提高新能源企业的发电效益。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、本发明的第一个目的在于提供一种基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法，包括：对互补发电系统、变速抽水蓄能机组的控制单元、光伏电站监控系统以及高精度光伏出力采集系统以光纤通信的方式进行实时运行数据的采集；根据变速抽水蓄能机组的控制原理结合所述实际运行数据，确定所述变速抽水蓄能机组的控制运行模式；基于滤波算法对光伏出力的毫秒级快速波动进行滤波，并根据所述滤波后光伏出力的不同形态计算光伏出力变化速率和光伏出力变化值；根据所述光伏出力变化速率和光伏出力变化值，以及当前变速抽蓄机组的运行状态和运行方式，确定变速抽蓄机组的快速调节范围和参与调节的机组台数；根据电力调度机构的发电计划曲线或变速抽蓄与光伏的总有功设定值，以及变速机组控制运行模式和机组布置方式，对变速抽蓄机组的出力进行调节。

4、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，所述实时运行数据的采集包括：

5、在所述可编程逻辑控制器中实现对光伏出口线路功率的毫秒级采集、数据清洗和发送；

6、通过网络模块将各系统接入远程光纤网络后，互补发电系统完成与变速抽水蓄能机组的控制单元、光伏电站监控系统以及高精度光伏出力采集系统的通信，实时采集各发电单元运行数据，实现高精度高速率的数据交互。

7、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，基于滤波算法对光伏实时出力的毫秒级波动进行滤波，并根据每秒采集周期内光伏出力的不同形态，分别计算每秒内光伏出力变化速率和光伏出力变化值。

8、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，所述变速抽水蓄能机组的控制运行模式包括快速转速控制模式、快速功率控制模式、定开度控制模式和旁路控制模式；

9、所述快速转速控制模式为监控系统下发有功设定值给协同控制器，所述协同控制器经过查优后，将所述有功设定值发给机组的调速器并由调速器完成功率调节，同时所述协同控制器将优化计算后的转速设定值发给全功率变流器并由全功率变流器完成对机组转速的调整；

10、所述快速功率控制模式为机组有功功率由变流器完成，基于变流器的电力电子特性，功率调节在几十毫秒内完成，且快速功率调节限定为机组额定功率的±20％以内；

11、所述定开度控制模式为导叶开度固定于当前导叶开度，监控系统下发有功设定值给全功率变流器，由所述全功率变流器通过直接控制机组转速变化对机组的功率进行调节；

12、所述旁路控制模式为全功率变速抽水蓄能机组变换为常规的水轮发电机组，监控系统将有功设定值下发给机组调速器，机组有功功率调节速度为分钟级。

13、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，所述变速抽蓄机组的快速调节范围和参与调节的机组台数的确定，包括：

14、当光伏出力快速波动时，若变速抽水蓄能机组均处于稳态过程，则通过互补发电系统将变速机组运行方式切换至定开度控制模式，在所述定开度控制模式下利用变速机组快速调节性能平抑光伏波动；

15、通过对变速抽水蓄能机组的综合运转特性曲线进行数据抽取，所述数据抽取后的数据构成五维数组的综合运转特性表t[n,q,h,p,a]，其中，n表示机组转速，q表示机组流量，h表示机组水头，p表示机组出力，a表示导叶开度；

16、根据所述综合运转特性表，结合当前稳态工况下的机组水头、机组转速和导叶开度，以机组水头和导叶开度为定值，在机组当前转速的±n0转速范围内，查出机组当前的振动区转速范围[nvl,nvh]以及机组在转速上限nr+n0和下限nr-n0两个限值对应的机组出力上限值和机组出力下限值，从而计算出当前开度下机组的快速调节范围p0，表示为：

17、p0＝abs(prh-prl)

18、其中，prh表示机组定导叶开度下最大转速对应出力上限，prl表示机组定导叶开度下最小转速对应出力下限；

19、约束条件为：

20、

21、其中，pg表示机组当前水头下发电工况的最大出力，pp表示机组当前扬程下抽水工况的最大入力，nmax表示机组定导叶开度下的最大转速，nr表示机组定导叶开度下的转速，nvh和nvl分别表示机组定导叶开度下振动区转速上下限，n0表示机组定导叶开度下转速可调范围；

22、根据光伏滤波算法计算出的当前光伏出力变化值和所述当前开度下机组的快速调节范围，确定所需全功率变速抽水蓄能机组参与平抑光伏波动的机组台数，表示为：

23、

24、其中，n′表示光伏波动出力与单台变速抽蓄机组定开度下可调出力范围比值取整，flucpower表示当前光伏出力变化值，n0表示由n′所确定的调节机组台数，nrun表示当前运行中的发电和抽水的变速机组台数之和；

25、通过所述机组台数和当前光伏出力变化值确定每台参与调节机组的出力，表示为：

26、

27、其中，δpi表示参与平抑光伏波动的机组功率设定变化值，piset表示运行机组的本次参与平抑光伏波动的新的功率设定值，pi′set表示稳态运行机组的功率设定值，发电工况时为正值，抽水工况时为负值；

28、若所述当前光伏出力变化值大于所有运行机组的快速调节出力之和，则将机组运行模式切换至快速功率控制模式，并将所述当前光伏出力变化值平均分配给所有运行的变速抽蓄机组，同时考虑变速机组的运行工况，即

29、

30、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，还包括：

31、当光伏出力快速波动时，若变速抽水蓄能机组处于动态过程，则通过互补发电系统将变速机组运行方式切换至快速功率控制模式，在所述快速功率控制模式下利用变速机组的快速调节性能平抑光伏出力波动；

32、变速抽水蓄能机组在所述快速功率控制模式下的毫秒级快速可调出力范围p0为机组额定功率的±20％以内，p0的取值应满足以下约束条件：

33、

34、其中，pest表示灵活调节机组的本次参与平抑光伏波动的新的功率设定值，pe表示机组额定功率；

35、根据光伏滤波算法计算出的当前光伏出力变化值和所述当前开度下机组的快速调节范围，确定所需全功率变速抽水蓄能机组参与平抑光伏波动的机组台数，通过所述机组台数和当前光伏出力变化值确定每台参与调节机组的出力，表示为：

36、

37、其中，p表示变速机组的当前实际有功功率；

38、在所述快速功率控制模式下，变速机组可在20-100毫秒内完成出力或入力的快速调整，功率调整完成后，需将运行模式切换为所述快速转速控制模式，同时将快速调节机组的功率设定值恢复为调节前的功率设置值。

39、作为本发明所述的基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑方法的一种优选方案，其中，根据机组负荷需求，通过优化算法实现变速抽蓄机组与光伏出力的实时协调分配，包括：

40、变速抽水蓄能机组与光伏进行互补协调控制时，机组控制模式处于快速转速控制模式或旁路控制模式，以光伏全额消纳为基本原则，根据电力调度机构的发电计划曲线或光蓄的总有功设定来调整变速机组的出力；

41、二次调频出力变化时，若变速机组为单管多机布置方式，则发电工况时同时调节处于快速转速控制模式和旁路控制模式的变速抽蓄机组，抽水工况时仅调节处于快速转速控制模式的变速抽蓄机组，即

42、

43、其中，pseti表示发电工况下的变速抽蓄机组有功设定值，p′seti表示发电工况下的变速抽蓄机组上次有功设定值，n1表示处于快速转速模式下发电工况的机组数目，n2表示处于快速转速模式下抽水工况的机组数目，n3表示处于旁路模式的机组数目，pi表示处于快速转速模式下发电工况的机组实发有功功率，psetj表示抽水工况下的变速抽蓄机组有功设定值，p′setj表示抽水工况下的变速抽蓄机组上次有功设定值，pj表示处于快速转速模式下抽水工况的机组实发有功功率；

44、二次调频出力变化时，若变速机组为多管多机布置方式，则优先调节处于不同引水管的快速转速控制模式和旁路控制模式的变速抽蓄机组，再调节处于快速转速控制模式抽水工况的变速抽蓄机组，即

45、若则抽蓄总设定值可由快速转速控制模式和旁路控制模式的变速抽蓄机组完成功率调整，表示为：

46、

47、其中，pei表示快速转速模式发电工况变速抽蓄机组的额定出力，pek表示旁路模式变速抽蓄机组的额定出力，pej表示快速转速模式抽水工况变速抽蓄机组的额定入力；

48、若则处于快速转速控制模式和旁路控制模式的变速抽蓄机组满出力运行，由处于快速转速控制模式抽水工况的变速抽蓄机组承担剩余负荷，表示为：

49、

50、本发明的第二个目的在于提供一种基于变速抽水蓄能的秒级快速光伏平抑装置，包括：

51、高速数据采集单元，用于利用光纤与光伏电站升压站的高精度采集plc实现对光伏出力的高速毫秒级采集、处理和发送；

52、数据采集单元，用于通过光纤与变速抽水蓄能机组的lcu及光伏电站监控系统实现双向秒级数据通信，采集变速抽蓄机组和光伏逆变器的实时数据，下发功率控制调节指令；

53、滤波分析单元，用于与所述高速数据采集单元共同通过滤波算法对光伏出力的毫秒级快速波动出力进行滤波，并根据所述滤波后光伏出力的不同形态计算光伏出力变化速率和光伏出力变化值；

54、平滑控制单元，用于通过所述光伏出力变化速率和光伏出力变化值，以及当前变速抽蓄机组的运行状态和运行方式，确定变速抽蓄机组的快速调节范围和参与调节的机组台数；

55、协调控制单元，用于根据机组负荷需求，通过优化算法实现变速抽蓄机组与光伏出力的实时协调分配；

56、人机接口单元，用于提供运行值班人员与互补发电系统的人机交互接口，将总负荷设定值或总负荷设定曲线、开停机控制指令通过鼠标键盘进行设置，并由互补发电系统自动执行；

57、数据存储单元，用于变速抽蓄电站、光伏电站及互补发电系统的生产数据、运算数据的历史存储。

58、本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行本发明任一实施例所述方法的步骤。

59、本发明的第四个目的在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：

60、所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述方法的步骤。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明不仅显著降低区域电网光伏的高频波动“毛刺”，提高水光打捆送出的友好性、平滑性和稳定性，促进新能源消纳，减少弃风弃光弃水，还能对系统调峰调频提供主动支撑能力，提高联合送出的电能质量，减少光伏等新能源接入对电网的冲击，同时提高发电企业的经济效益，具有重要的工程实用价值。