风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质

技术领域

本发明属于电力系统运行控制技术领域，具体涉及一种风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质。

背景技术

发展风力发电和光伏发电等新能源是人类社会应对能源危机和环境保护问题的普遍共识。近20年来，风力发电和光伏发电得到了大规模快速发展，有不少风力发电、光伏发电、火力发电和水力发电通过同一并网点接入电网的情况(或者相距较近，具备统一并网点条件)，若风光水火联合发电系统作为一个整体接收电网调度指令运行，则一方面便于简化电网调度部门的管理流程，另一方面有利于发挥不同类型电源的特征，实现优势互补，整体对外表现为一个良好的受控电源，从而在电力市场竞争中获取好的收益。然而，在不同类型电源一次调频研究方面，火力发电和水力发电已经非常成熟，目前的研究主要聚焦于风力发电或光伏发电等单个电源参与电网一次调频的控制策略，少有的研究开始关注风力发电与火力发电、光伏发电与火力发电等两种类型电源一次调频的协同，但现有技术尚无针对风光水火联合发电系统的协同一次调频研究。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种风光水火多源协同一次调频方法，包括：

一种风光水火多源协同一次调频方法，包括：

基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益；

基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能实现，并根据初始的调频控制增益确定一次调频控制增益的调整方向和调整量；

根据所述调整方向和调整量，对所述风光水火多类型电源联合发电系统各电源进行调频处理。

优选的，所述基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益，包括：

获取风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的机端频率；

根据所述机端频率和机端额定频率，进行频率差值计算，得到风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值；

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能设置，确定初始的调频控制增益。

优选的，频率差值计算式如下：

△f

式中，△f

优选的，所述基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益，包括：

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值和各个电源的输出有功功率变化量进行计算，得到所述联合发电系统各机组的初始调频控制输出值；

基于所述初始调频控制输出值，为所述风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组进行电网一次调频功能实现，并确定初始的调频控制增益。

优选的，所述电网一次调频计算式如下：

△P

式中，△P

优选的，所述基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

获取风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率；

根据所述并网点的频率和并网点的额定频率，进行频率差值计算，得到并网点频率偏差值；

基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量。

优选的，频率差值计算式如下：

△f

式中，△f

优选的，所述基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

基于所述并网点频率偏差值，为风光水火多类型电源联合发电系统进行一次调频协同控制功能实现；

对联合发电系统并网点频率变化量在控制周期内的变化趋势进行判断，获取判断结果；

基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量；

其中，所述判断结果包括：联合发电系统并网点频率变化量整体上升、整体平稳和整体下降。

优选的，所述基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体上升时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数上调；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体平稳时，对控制周期的调频控制增益保持不变；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体下降时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数下调。

优选的，所述根据所述调整方向和调整量，对所述联合发电系统各电源进行调频处理，包括：

根据所述调整方向和调整量，通过所述联合发电系统的一次调频协同控制器，对所述联合发电系统各电源的调频控制增益进行更新，获取各电源更新的调频控制增益；

根据获取的所述各电源更新的调频控制增益进行一次调频，并对风光水火多类型电源联合发电系统并网点的电网频率值进行观测，当所述网点频率值恢复稳定状态时，结束对所述联合发电系统各电源的调频处理。

基于同一发明构思，本申请还提供一种风光水火多源协同一次调频系统，包括：

电网功能设置模块，用于基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各机端频率，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益；

调频控制增益确定模块，用于基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能实现，并根据初始的调频控制增益确定一次调频控制增益的调整方向和调整量；

调频处理模块，用于根据所述调整方向和调整量，对所述风光水火多类型电源联合发电系统各电源进行调频处理。

优选的，所述电网功能设置模块具体用于：

获取风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的机端频率；

根据所述机端频率和机端额定频率，进行频率差值计算，得到风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值；

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益。

优选的，所述电网功能设置模块的差值计算公式如下：

△f

式中，△f

优选的，所述电网功能设置模块基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益，包括：

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值和各个电源的输出有功功率变化量进行计算，得到所述风光水火多类型电源联合发电系统各机组的初始调频控制输出值；

基于所述初始调频控制输出值，为所述风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组进行电网一次调频功能实现，并确定初始的调频控制增益。

优选的，所述电网功能设置模块的电网一次调频计算式如下：

△P

式中，△P

优选的，所述调频控制增益确定模块具体用于：

获取风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率；

根据所述并网点的频率和并网点的额定频率，进行频率差值计算，得到并网点频率偏差值；

基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量。

优选的，所述调频控制增益确定模块的差值计算式如下：

△f

式中，△f

优选的，所述调频控制增益确定模块基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

基于所述并网点频率偏差值，为风光水火多类型电源联合发电系统进行一次调频协同控制功能实现；

对联合发电系统并网点频率变化量在控制周期内的变化趋势进行判断，获取判断结果；

基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量；

其中，所述判断结果包括：联合发电系统并网点频率变化量整体上升、整体平稳和整体下降。

优选的，所述调频控制增益确定模块基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体上升时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数上调；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体平稳时，对控制周期的调频控制增益保持不变；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体下降时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数下调。

优选的，所述调频处理模块具体用于：

根据所述调整方向和调整量，通过所述联合发电系统的一次调频协同控制器，对所述联合发电系统各电源的调频控制增益进行更新，获取各电源更新的调频控制增益；

根据获取的所述各电源更新的调频控制增益进行一次调频，并对风光水火多类型电源联合发电系统并网点的电网频率值进行观测，当所述网点频率值恢复稳定状态时，结束对所述联合发电系统各电源的调频处理。

基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如前所述一种风光水火多源协同一次调频方法。

基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如前所述的一种风光水火多源协同一次调频方法。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1、本发明提供了一种风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质，包括：基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能设置，确定初始的调频控制增益；基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能设置，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量；根据所述调整方向和调整量，对所述联合发电系统各电源进行调频处理；本发明可以在不增加通信网络和硬件改造成本的基础上，实现风光水火联合发电系统协同参与电网一次调频的功能。

2、本发明根据电网频率偏差的不同大小，及时的通过控制增益调整来调节电源出力，使得电网频率在扰动后得到快速恢复，可以充分地利用各电源的调频潜力，加速电网频率在扰动后的恢复，并且实现多电源调频的协同。这对于未来以新能源为主体的新型电力系统来说显得更加重要，新型电力系统中由于水电、火电等常规电源的减少，缺乏持续可靠的调频资源，需要更加充分地利用各种电源的调频潜能。

附图说明

图1为本发明提供的一种风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质中的方法流程示意图；

图2为风光水火联合发电系统结构示意图；

图3为风光水火联合发电系统协同一次调频控制策略示意图；

图4为电网频率变化趋势的判断方法示意图；

图5为算例系统示意图；

图6为电网频率偏差波形；

图7为风电场输出的有功功率波形；

图8为光伏电站输出的有功功率波形；

图9为火电机组输出的有功功率波形；

图10为本发明提供的一种风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质中的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种风光水火多源协同一次调频方法、系统、设备和介质中的方法流程示意图如图1所示，包括：

步骤1：基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能设置，确定初始的调频控制增益；

步骤2：基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能设置，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量；

步骤3：根据所述调整方向和调整量，对所述联合发电系统各电源进行调频处理。

实施例2：

在可选的一个实施例中，步骤1：基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能设置，确定初始的调频控制增益，包括：

如图2所示的风光水火联合发电系统结构示意图，表示了光伏、风电、火电、水电这四种电源通过同一个并网点连接到电网的系统结构，图2中，M为光伏电站数量，N为风电场数量，K为火电机组数量，L为水电机组数量。由于光伏逆变器的端电压较低(一般为270伏或380伏)，一般通过三级或四级升压才能接入电网，所以图中以3个变压器为例来表示；风电机组的端电压比光伏高一些(一般为690伏或几千伏)，一般通过两级或三级升压接入电网，所以图中以2个变压器为例来表示；水电机组和火电机组的端电压更高一些(一般为10～30千伏之间)，一般通过一级或两级升压接入电网，所以图中以1个变压器为例来表示。获取风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的机端频率，通过差值计算公式△f

步骤2包括：

获取风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，根据所述并网点的频率和并网点的额定频率，通过差值计算式△f

下面给出一个风光水火多类型电源协同一次调频方法的具体算例。应用该方法的算例系统如图5所示。

图5中以风力发电、光伏风电和火力发电为例构成多类型电源联合发电系统。图5中以风力发电(图中简称为风电)、光伏风电(图中简称为光伏)和火力发电(图中简称为火电)为例构成多类型电源联合发电系统，这三种电源连接到同一条母线，然后通过两条输电线路(线路1和线路2)连接到电力系统的其余部分。该算例系统包含两个等值负荷(负荷1和负荷2)，分别连接于输电线路的首端和末端。该算例系统用于测试本发明所公开的协同一次调频方法的有效性。

图6为风光水火联合发电系统并网点的频率波形。可见在采用了本发明所公开的协同一次调频方法后，频率偏差有效减小。其中，图6的横坐标Time(s)表示时间，纵坐标Frequency deviation表示电网频率偏差,图6中两天曲线附图曲线Conventional controlstrategy表示常规控制策略对应的曲线；Proposed control strategy表示本发明公开的控制策略对应的曲线。

这里设置的仿真工况为：负荷1在第10秒时突然增加10％。控制周期设置为10秒。仿真时间100秒，从第10秒-第90秒，计算出的8个控制周期内频率变化比例分别为：19％,3.7％,1％,1.5％,0.8％,0.3％,0.1％,0.01％，故从第20秒开始，实施控制增益调整(调大为初始值的2倍)，后续的控制周期因频率变化较小，控制增益保持不变。

图7、图8、图9分别为风电场、光伏电站、火电机组输出的有功功率波形。在第20秒时，各电源的有功功率输出及时进行了较大幅度的调整，有力支撑了电网频率的恢复。

图6-9中，Active power output of windfarm表示风电场输出的有功功率；Active power output of PV plant表示光伏电站输出的有功功率；Active power outputof thermal unit表示火电机组输出的有功功率；Frequency deviation表示电网频率偏差；附图曲线Conventional control strategy表示常规控制策略对应的曲线；Proposedcontrol strategy表示本发明公开的控制策略对应的曲线。通过数据计算式对联合发电系统并网点的频率的变化情况进行趋势判断，就可以掌握在周期内并网点的频率变化趋势，从而根据得到的频率变化趋势，对并网点的调频控制增益值进行对应调控，就可以保证对电源频率的及时且准确的调节，保证联合发电系统的高效运行。

步骤3包括：

通过风电、光伏、火电和电力系统其余部分通过线路连接而成的算例系统，根据所述调整方向和调整量，通过所述联合发电系统的一次调频协同控制器，对所述联合发电系统各电源的调频控制增益进行更新，获取各电源更新的调频控制增益，然后根据获取的所述各电源更新的调频控制增益进行一次调频，并对风光水火多类型电源联合发电系统并网点的电网频率值进行观测，当所述并网点频率值恢复稳定状态时，结束对所述联合发电系统各电源的调频处理。其中风光水火多类型电源联合发电系统的并网点频率回到稳定状态，指的是并网点频率值f

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种风光水火多源协同一次调频系统结构示意图如图10，包括：

电网功能设置模块，用于基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统中各电源机端频率，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益；

调频控制增益确定模块，用于基于获取的风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率，进行一次调频协同控制功能实现，并根据初始的调频控制增益确定一次调频控制增益的调整方向和调整量；

调频处理模块，用于根据所述调整方向和调整量，对所述风光水火多类型电源联合发电系统各电源进行调频处理。

其中，所述电网功能设置模块具体用于：

获取风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的机端频率；

根据所述机端频率和机端额定频率，进行频率差值计算，得到风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值；

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能实现，确定初始的调频控制增益。

其中，所述电网功能设置模块的频率差值计算式如下：

△f

式中，△f

其中，所述电网功能设置模块基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值，进行电网一次调频功能设置，确定初始的调频控制增益，包括：

基于所述风电场、光伏电站、水电机组和火电机组的频率偏差值和各个电源的输出有功功率变化量进行计算，得到所述风光水火多类型电源联合发电系统各机组的初始调频控制输出值；

基于所述初始调频控制输出值，为所述风光水火多类型电源联合发电系统中风电场、光伏电站、水电机组和火电机组进行电网一次调频功能实现，并确定初始的调频控制增益。

其中，所述电网功能设置模块的电网一次调频计算式如下：

△P

式中，△P

其中，所述调频控制增益确定模块具体用于：

获取风光水火多类型电源联合发电系统并网点的频率；

根据所述并网点的频率和并网点的额定频率，进行频率差值计算，得到并网点频率偏差值；

基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量。

其中，所述调频控制增益确定模块的频率差值计算式如下：

△f

式中，△f

其中，所述调频控制增益确定模块基于所述并网点频率偏差值，进行一次调频协同控制功能实现，确定一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

基于所述并网点频率偏差值，为风光水火多类型电源联合发电系统进行一次调频协同控制功能实现；

对联合发电系统并网点频率变化量在控制周期内的变化趋势进行判断，获取判断结果；

基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量；

其中，所述判断结果包括：联合发电系统并网点频率变化量整体上升、整体平稳和整体下降。

其中，所述调频控制增益确定模块基于所述判断结果，确定所述联合发电系统各电源一次调频控制增益的调整方向和调整量，包括：

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体上升时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数上调；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体平稳时，对控制周期的调频控制增益保持不变；

当所述判断结果为联合发电系统并网点频率变化量整体下降时，根据联合发电系统并网点频率变化量所在的预设调整范围，对控制周期的调频控制增益进行对应倍数下调。

其中，所述调频处理模块具体用于：

根据所述调整方向和调整量，通过所述联合发电系统的一次调频协同控制器，对所述联合发电系统各电源的调频控制增益进行更新，获取各电源更新的调频控制增益；

根据获取的所述各电源更新的调频控制增益进行一次调频，并对风光水火多类型电源联合发电系统并网点的电网频率值进行观测，当所述网点频率值恢复稳定状态时，结束对所述联合发电系统各电源的调频处理。从控制效果来看，可以根据电网频率的不同变化，及时地调整各电源的调频控制增益，充分地利用各电源的调频潜力，加速电网频率在扰动后的恢复，对于电网的频率稳定起到有力的支撑作用，并且在不增加硬件改造和通信网络改造成本的基础上实现多电源调频的协同。

实施例4：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种风光水火多源协同一次调频方法的步骤。

实施例5：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种风光水火多源协同一次调频方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。