一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法

技术领域

本发明属于电力系统频率调整技术领域，具体涉及一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法。

背景技术

随着风电和光伏的大规模并网，以及传统机组的固有缺陷，调频容量不足的问题日益突出。随着光伏发电渗透率的不断提高，挤占了部分常规机组空间，降低了电网一次调频资源储备容量，削弱了电网调频能力，为提升电网频率安全水平，迫切需要研究新能源发电系统参与电网调频策略与方法。

中国于2011年颁布的国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》中明确指出：风电场应配置有功功率控制系统，具备有功功率调节能力；风电场应能够接收并自动执行电力系统调度机构下达的有功功率及其变化的控制指令，风电场有功功率及其变化应与电力系统调度机构下达的给定值一致。南方电网2018年颁布的企业标准Q/CSG1211017-2018《风电场接入电网技术规范》中明确指出：当风电场有功功率在总额定出力的20％以上时，场内所有运行机组应能够实现有功功率的连续平滑调节，并能够参与系统有功功率控制；风电场应能够接收并自动执行电力调度机构下达的有功功率及有功功率变化的控制指令，风电场有功功率及有功功率变化应与电力调度机构下达的给定值一致。

南方电网在2009年《中国南方电网自动发电控制(AGC)技术规范》中，针对一次调频与AGC配合问题提出：机组在执行AGC设定值时应该不受一次调频功能的影响，出力变化应该是二者叠加的效果。但在该《中国南方电网自动发电控制(AGC)技术规范》中主要针对常规发电机组，新能源机组并不能完全适用。

一次调频功能是并网运行发电机组基本特性之一，它能够有效抑制电网频率变化，提高系统抵御功率缺额扰动的能力。一次调频与AGC是保持电网有功平衡和频率稳定的重要手段，伴随AGC和一次调频考核等技术指标和规定的不断完善，一次调频与AGC的配合策略逐渐得到重视；由于不同厂家设计理念的差别，使得AGC与一次调频配合策略演化出多种解决方案。

发明内容

本发明提供了一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法，以解决电网内新能源占比日益增长所带来的频率稳定问题。该方法可以满足不同需求的一次调频与AGC控制策略，同时起到规范、统一电网内不同厂家的一次调频和AGC控制策略的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法，在新能源场站内增加一套一次调频系统，实现站级一次调频功能，且一次调频系统与AGC协调控制；

在新能源场站一次调频功能投入且系统频率超过死区，同时在AGC投入下，根据选择的一次调频与AGC协调控制策略，则执行有功功率调整，将有功功率目标值指令下发至风电SCADA系统或者光伏数据采集网，再对应到风电机组或光伏发电单元；若AGC未投入，则按照调频有功指令执行。

进一步，优选的是，一次调频与AGC协调控制策略分为AGC闭锁一次调频、一次调频闭锁AGC和一次调频与AGC叠加三种模式；其中，一次调频与AGC叠加又分为一次调频与AGC动作结果正向、反向均叠加，一次调频与AGC动作结果正向叠加、反向闭锁一次调频，一次调频与AGC动作结果正向叠加、反向闭锁AGC。

进一步，优选的是，一次调频闭锁AGC方法具体为：在一次调频响应期间，无论有无AGC指令，调频装置均不响应AGC指令，调频装置按照一次调频指令执行。

进一步，优选的是，在AGC闭锁一次调频期间，无论有无一次调频指令，调频装置均不响应一次调频指令，调频装置按照AGC指令执行；

AGC闭锁一次调频方法：

a)连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，一段时间后AGC调节完毕，闭锁一次调频结束；

b)连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，当检测到的功率在AGC调节死区范围内，即2.5％全场额定功率，功率持续一段时间未超过死区范围，则认为AGC调节完毕，闭锁一次调频结束；

若连续两次接收到的AGC指令相同，则认为AGC指令无效，此时不闭锁一次调频。

进一步，优选的是，步骤a)中，所述的一段时间为15s；步骤b)中，所述的一段时间为5s。

进一步，优选的是，一次调频与AGC叠加模式中，一次调频、AGC动作结果方向判断均以调频动作时刻有功功率作为基准值。

进一步，优选的是，AGC与一次调频系统采用并行或串行结构。

进一步，优选的是，根据采集到的电网电压数据实时计算电网频率变化量△f、电网频率变化率df/dt；设置电网频率变化量和频率变化率死区、调频系数K

当电网频率变化量△f超过死区，且电网频率变化率df/dt未超过死区，其调频有功功率指令△P为：

当电网频率变化率df/dt超过死区，且电网频率变化量△f未超过死区，其调频有功功率指令△P为：

当电网频率变化量△f超过死区，同时电网频率变化率df/dt超过死区，其调频有功功率指令△P为：

其中，f

进一步，优选的是，当AGC投入，一次调频未动作时，则按AGC指令执行；当AGC投入，一次调频动作时，则按所选择一次调频与AGC协调控制策略执行；当AGC未投入，一次调频动作时，则按所选择一次调频指令执行。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)通过选择满足当前电网的一次调频与AGC协调需求，提高新能源场站一次调频和AGC控制性能，可以明显提高电网频率稳定性，改善电力系统的动态品质；

(2)本发明提出的两种AGC闭锁调频方法能够满足新能源场站AGC与一次调频的控制策略；

(3)目前新能源场站尚无明确的一次调频与AGC协调控制策略规定，每个厂家根据自己的想法设计一次调频与AGC协调控制策略；本发明所提方法能够起到对新能源场站的一次调频与AGC协调控制策略规范化、统一化作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的新能源场站一次调频与AGC结构图；

图2为本发明实施例提供的新能源场站一次调频与AGC协调控制方法流程图；

图3为本发明实施例3提供的风电场场站AGC闭锁一次调频试验结果图；

图4为本发明实施例4提供的风电场场站一次调频闭锁AGC试验结果图；

图5为本发明实施例5提供的光伏电站场站AGC与一次调频动作方向同向、反向均叠加；

图6为本发明实施例6提供的光伏电站场站AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁AGC；

图7为本发明实施例7提供的光伏电站场站AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁一次调频。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

如图1所示，风电场的一次调频与AGC结构图为：AGC指令传达给调频装置，由调频内部进行相应的逻辑计算，将计算后的总指令传给SCADA系统，由SCADA系统分发至每台风机。

如图1所示，光伏电站的一次调频与AGC结构图为：AGC指令传达给调频装置，由调频装置内部进行相应的逻辑计算，将计算后的总指令传给数据采集网，由数据采网分发至各个光伏阵列。

AGC需传送给调频装置的信号：功率目标值、AGC投入信号、AGC退出信号。

一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法，包括以下步骤，如图2所示：

在新能源场站内增加一套一次调频系统，通过改造通讯网络以及新能源发电机组实现站级一次调频功能；改造现有AGC系统，实现一次调频与AGC的相互配合。在新能源场站一次调频功能投入且系统频率超过死区，同时AGC投入下，根据选择的一次调频与AGC协调控制策略，则有功功率调整根据一次调频与AGC配合设置逻辑执行，将有功目标值指令下发至风电SCADA系统或者光伏数据采集网，再到风电机组或光伏发电单元；若AGC未投入，则按照调频有功指令执行。

实施例2

如图1所示，风电场的一次调频与AGC结构图为：AGC指令传达给调频装置，由调频内部进行相应的逻辑计算，将计算后的总指令传给SCADA系统，由SCADA系统分发至每台风机。

如图1所示，光伏电站的一次调频与AGC结构图为：AGC指令传达给调频装置，由调频装置内部进行相应的逻辑计算，将计算后的总指令传给数据采集网，由数据采网分发至各个光伏阵列。

AGC需传送给调频装置的信号：功率目标值、AGC投入信号、AGC退出信号。

一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法，包括以下步骤，如图2所示：

在新能源场站内增加一套一次调频系统，通过改造通讯网络以及新能源发电机组实现站级一次调频功能；改造现有AGC系统，实现一次调频与AGC的相互配合。在新能源场站一次调频功能投入且系统频率超过死区，同时AGC投入下，根据选择的一次调频与AGC协调控制策略，则有功功率调整根据一次调频与AGC配合设置逻辑执行，将有功目标值指令下发至风电SCADA系统或者光伏数据采集网，再到风电机组或光伏发电单元；若AGC未投入，则按照调频有功指令执行。

一次调频与AGC协调控制策略可分为AGC闭锁一次调频、一次调频闭锁AGC和一次调频与AGC叠加三种模式，其中一次调频与AGC叠加又分为一次调频与AGC动作结果正向、反向均叠加，一次调频与AGC动作结果正向叠加、反向闭锁一次调频，一次调频与AGC动作结果正向叠加、反向闭锁AGC。

一次调频闭锁AGC方法具体为：在一次调频响应期间，无论有无AGC指令，调频装置均不响应AGC指令，调频装置按照一次调频指令执行。

AGC闭锁一次调频方法：在一次调频响应期间，无论有无AGC指令，调频装置均不响应AGC指令，调频装置按照一次调频指令执行。

在AGC指令响应期间，无论有无一次调频指令，调频装置均不响应一次调频指令，调频装置按照AGC指令执行。AGC闭锁一次调频方法：

a)连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，15s(定值可整定)后AGC调节完毕，闭锁一次调频结束。

b)连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，当检测到的功率在AGC调节死区范围内，即2.5％Pn(定值可整定)，功率持续5s(定值可整定)未超过死区范围，则认为AGC调节完毕，闭锁一次调频结束。

若连续两次接收到的AGC指令相同，则认为AGC指令无效，此时不闭锁一次调频。

一次调频与AGC叠加模式中，一次调频、AGC动作结果方向判断均以调频动作时刻有功功率作为基准值。

AGC与一次调频结构可以采用并行，也可以采用串行结构。

根据采集到的电网电压数据实时计算电网频率变化量△f、电网频率变化率df/dt；设置电网频率变化量和频率变化率死区、调频系数K

当电网频率变化量△f超过死区且电网频率变化率df/dt未超过死区，其调频有功功率指令为：

当电网频率变化率df/dt超过死区且电网频率变化量△f未超过死区，其调频有功功率指令为：

当电网频率变化量△f超过死区，同时电网频率变化率df/dt超过死区，其调频有功功率指令为：

其中，f

当AGC投入，一次调频未动作时，则按AGC指令执行；当AGC投入，一次调频动作时，则按所选择一次调频与AGC协调控制策略执行；当AGC未投入，一次调频动作时，则按所选择一次调频指令执行。

实施例3

具体的，在实施例2基础上，本发明提供一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法中，具体AGC闭锁一次调频控制逻辑结果如以下示例，如图3所示：

S1：设置电网频率变化量的死区为0.05Hz，电网频率变化率的死区为0.05Hz/s，调频系数K

设置AGC闭锁一次调频方法为：连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，15s后AGC调节完毕，闭锁一次调频结束；

S2：当电网频率超过50.05Hz，按照ΔP＝-(K

在电网频率未恢复至死区范围内，AGC指令发生变化，风电场全场有功目标值和实际有功功率动作如图3所示。

实施例4

具体的，在实施例2基础上，本发明提供一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法中，具体一次调频闭锁AGC控制逻辑结果如以下示例，如图4所示：

S1：设置电网频率变化量的死区为0.05Hz，电网频率变化率的死区为0.05Hz/s，调频系数K

设置AGC闭锁一次调频方法为：连续两次接收到的AGC指令发生变化，认为AGC开始调节，此时闭锁一次调频，15s后AGC调节完毕，闭锁一次调频结束；

S2：当电网频率超过50.05Hz，按照ΔP＝-(K

在电网频率未恢复至死区范围内，AGC指令发生变化，风电场全场有功功率按照一次调频有功功能目标值执行；电网频率恢复至死区范围内，全场有功功率按照AGC有功功率目标值执行，风电场全场有功目标值和实际有功功率动作如图4所示。

实施例5

具体的，在实施例2基础上，本发明提供一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法中，具体AGC与一次调频动作方向同向、反向均叠加控制逻辑结果如以下示例，如图5所示：

S1：设置电网频率变化量的死区为0.05Hz，电网频率变化率的死区为0.05Hz/s，调频系数K

投入频率变化量调频、AGC与一次调频动作方向同向、反向均叠加控制功能。

S2：当电网频率高于50.05Hz，按照ΔP＝-(K

在电网频率未恢复至死区范围内，AGC指令发生变化(增加有功功率)，光伏电站全站有功功率按照一次调频和AGC叠加的有功目标值执行；电网频率恢复至死区范围内，全站有功功率按照AGC有功功率目标值执行，光伏电站全站有功目标值和实际有功功率动作如图5所示。

实施例6

具体的，在实施例2基础上，本发明提供一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法中，具体AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁AGC控制逻辑结果如以下示例，如图6所示：

S1：设置电网频率变化量的死区为0.05Hz，电网频率变化率的死区为0.05Hz/s，调频系数K

投入频率变化量调频、AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁AGC控制功能。

S2：当电网频率低于49.95Hz，按照ΔP＝-(K

在电网频率未恢复至死区范围内，AGC指令发生变化(降低有功功率)，光伏电站全站有功功率按照一次调频和AGC叠加的有功目标值执行；电网频率恢复至死区范围内，全站有功功率按照一次调频有功功率目标值执行，光伏电站全站有功目标值和实际有功功率动作如图6所示。

实施例7

具体的，在实施例2基础上，本发明提供一种新能源场站一次调频与AGC协调控制方法中，具体AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁一次调频控制逻辑结果如以下示例，如图7所示：

S1：设置电网频率变化量的死区为0.05Hz，电网频率变化率的死区为0.05Hz/s，调频系数K

投入频率变化量调频、AGC与一次调频动作方向同向叠加、反向闭锁一次调频控制功能。

S2：当电网频率低于49.95Hz，按照ΔP＝-(K

在电网频率未恢复至死区范围内，AGC指令发生变化(降低有功功率)，光伏电站全站有功功率按照一次调频和AGC叠加的有功目标值执行；电网频率恢复至死区范围内，全站有功功率按照AGC有功功率目标值执行，光伏电站全站有功目标值和实际有功功率动作如图7所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。