一种抽水蓄能机组控制方法及系统

技术领域

本发明涉及储能控制技术领域，具体涉及一种抽水蓄能机组控制方法及系统。

背景技术

随着社会经济的发展，人们的用电需求剧增，使得地区电网峰谷差逐渐增大，调峰压力呈逐年上升趋势。同时，大量新能源，风电、光伏的并网，进一步增加了地区电网的调峰压力。

然而传统的定速抽水蓄能机组在发电状态下可以调整处理，但是调节速度较慢，难以有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力而影响参与调频能力。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中难以有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力而影响参与调频能力的缺陷，从而提供一种抽水蓄能机组控制方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种抽水蓄能机组控制方法，包括：

获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率；

根据所述当前转速、所述转速最值、所述当前频率及所述目标频率计算得到有功功率补偿值；

根据所述有功功率补偿值更新所述目标有功功率；

以所述目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。

可选地，所述根据所述当前转速、所述转速最值、所述当前频率及所述目标频率计算得到有功功率补偿值，包括：

根据所述当前转速、所述转速最值、所述当前频率及所述目标频率建立下垂环与惯性环；

获取下垂环增益常数，对所述下垂环增益常数进行整定；

获取惯性环增益常数，对所述惯性环增益常数进行整定；

根据整定后的下垂环增益常数及整定后的惯性环增益常数计算得到有功功率补偿值。

可选地，通过如下公式计算得到有功功率补偿值：

其中，

可选地，通过如下公式对所述下垂环增益常数进行整定：

其中，P

可选地，通过如下公式对所述惯性环增益常数进行整定：

其中，H为惯性时间常熟，P

可选地，抽水蓄能机组控制方法，还包括：

获取目标抽水蓄能机组转子电流极限值；

根据所述电流极限值计算得到目标抽水蓄能机组的实时有功功率极限值；

将所述实时有功功率极限值设置为目标有功功率的实时限幅。

可选地，通过如下公式计算得到目标抽水蓄能机组的实时有功功率极限值：

其中，P

第二方面，本发明实施例提供一种抽水蓄能机组控制系统，包括：

获取模块，用于获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率；

计算模块，用于根据所述当前转速、所述转速最值、所述当前频率及所述目标频率计算得到有功功率补偿值；

更新模块，用于根据所述有功功率补偿值更新所述目标有功功率；

处理模块，用于以所述目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的抽水蓄能机组控制方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明实施例第一方面所述的抽水蓄能机组控制方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的抽水蓄能机组控制方法，包括：获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率；根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率计算得到有功功率补偿值；根据有功功率补偿值更新目标有功功率；以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。通过检测频率变化，并根据此时转子转速大小及转速最值，及时释放或者增加转子动能给与系统快速有功功率支撑，抑制电力系统中频率波动，有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力，从而提升交流励磁变速抽水蓄能机组参与系统一次调频的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中抽水蓄能机组控制方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例中抽水蓄能机组自适应频率控制策略框图；

图3为本发明实施例中三机电力系统仿真结构图；

图4为本发明实施例中三机电力系统中一个仿真波形；

图5为本发明实施例中三机电力系统中另一个仿真波形；

图6为本发明实施例中一个仿真结果数据分析图；

图7为本发明实施例中三机电力系统中另一个仿真波形；

图8为本发明实施例中三机电力系统中另一个仿真波形；

图9为本发明实施例中另一个仿真结果数据分析图；

图10为本发明实施例中抽水蓄能机组控制系统的一个具体示例的原理框图；

图11为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种抽水蓄能机组控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率。

在一具体实施例中，针对传统频率控制策略采用固定控制参数，难以有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力而影响参与调频能力的缺陷，本发明实施例通过获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率等参数，并通过相应的控制策略最大限度的释放可变速抽水蓄能机组的转子动能，从而抑制交流系统频率大幅度波动。

步骤S2：根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率计算得到有功功率补偿值。

在一具体实施例中，通过如下步骤计算有功功率补偿值：

步骤S21：根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率建立下垂环与惯性环。

步骤S22：获取下垂环增益常数，对下垂环增益常数进行整定。

步骤S23：获取惯性环增益常数，对惯性环增益常数进行整定。

步骤S24：根据整定后的下垂环增益常数及整定后的惯性环增益常数计算得到有功功率补偿值。

在本发明实施例中，如图2所示，对当前频率进行滤波及求导处理后建立惯性环，其中

进一步地，对惯性环增益常数K

其中，J为机组转动惯量，ω

同时，为了保证在系统负荷突增或者突减时，频率控制策略中的惯性环都起到正向的作用，当f>50Hz时，

进一步地，对下垂环增益常数K

式中，P

对下垂环增益常数K

步骤S3：根据有功功率补偿值更新目标有功功率。

在一具体实施例中，在目标抽水蓄能机组加入频率辅助控制后，输入到转子侧变流器的有功功率参考值变为

步骤S4：以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。

在一具体实施例中，将目标无功功率及更新后的目标有功功率作为参考值输入机测变流器矢量控制器，控制器以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。

在本发明实施例中，由于K

具体地，当系统负荷突减，导致系统频率增加，此时，f>50Hz，交流励磁变速抽水蓄能机组会吸收多余的有功功率转化为转子动能，因此，

本发明提供的抽水蓄能机组控制方法，包括：获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率；根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率计算得到有功功率补偿值；根据有功功率补偿值更新目标有功功率；以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。通过检测频率变化，并根据此时转子转速大小及转速最值，及时释放或者增加转子动能给与系统快速有功功率支撑，抑制电力系统中频率波动，有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力，从而提升交流励磁变速抽水蓄能机组参与系统一次调频的能力。

在一实施例中，抽水蓄能机组控制方法，还包括如下步骤：

步骤S5：获取目标抽水蓄能机组转子电流极限值。

步骤S6：根据电流极限值计算得到目标抽水蓄能机组的实时有功功率极限值。

步骤S7：将实时有功功率极限值设置为目标有功功率的实时限幅。

在一具体实施例中，由交流励磁变速抽水蓄能机组的等效电路，定子侧采用发电机惯例，转子侧采用电动机惯例，可得如下方程：

式中，式中，R

令

式中，I

由定子有功、无功解耦控制可得：

则，转子电流和定子输出有功、无功的对应关系为：

其有效值为：

整理得：

由上式可知，忽略定子电阻的情况下，转子电流最大值和此时交流励磁变速抽水蓄能机组发出的无功功率已知时，便可以求出交流励磁变速抽水蓄能机组的有功功率极限值。

对于特定的交流励磁变速抽水蓄能机组其转子电流的最大值是确定的，因此，可以通过实时的通信得到此时交流励磁变速抽水蓄能机组定子端输出的无功功率，进而可以求出交流励磁变速抽水蓄能机组的实时有功功率极限值。

将计算出的实时交流励磁变速抽水蓄能机组定子端输出的有功功率极限值设置为定子端有功功率参考值Pref*+△Pf*的实时限幅。

上述控制方法不仅可以有效的提升交流励磁变速抽水蓄能机组参与系统一次调频的能力，而且可以有效防止机组失速或者输出有功功率超出机组安全稳定运行范围而导致机组停机，引起电力系统的频率二次跌落。在电力系统中负荷需求功率发生波动时，会引起电力系统的频率发生波动，此时，交流励磁变速抽水蓄能机组的频率控制器检测到频率变化后，会根据此时转子转速大小及转子转速安全运行范围，及时释放或者增加转子动能给与系统快速有功功率支撑，抑制电力系统中频率波动，同时，该频率策略中的有功功率动态限幅模块，可以有效的防止机组输出有功功率超出安全稳定运行范围，维护机组的安全稳定运行。

本实施例选用某抽水蓄能电站336MW交流励磁变速抽水蓄能机组的参数作为数据支撑进行频率控制器的设计及仿真验证。

建立交流励磁变速抽水蓄能机组频率控制策略中的下垂环与惯性环，并整定了K

为验证本文所提出的快速功率控制与频率控制相结合的控制策略的有效性在Matlab/Simulink中搭建了如图3的三机电力系统模型，该模型包括2个常规火电厂G1、G2(容量分别为1000MW和700MW，其中，火电厂G1具有二次调频功能，火电厂G2输出0.57pu的恒定有功功率)、1个抽水蓄能电站G3(容量为336MW)和三个集中有功负荷L1，L2和L3(容量分别为300MW、500MW和300MW)。在10s时有功负荷L3由300MW突增至430MW，得到如图4-图6的仿真图形及数据分析，相对于传统频率控制策略，在系统负荷突增时，本文的频率控制策略使得频率波动减少5％(发电工况)和25％(抽水工况)。具体地，图4为系统负荷突增时，交流励磁变速抽水蓄能机组处于发电工况下，采用本文控制策略和传统控制策略分别进行仿真时三机电力系统的频率变化。图5为系统负荷突增时，交流励磁变速抽水蓄能机组处于抽水工况下，采用本文控制策略和传统控制策略分别进行仿真时三机电力系统的频率变化。图6为图4和图5的仿真结果数据分析。

进一步地，在10s时有功负荷L3由300MW突减至170MW，得到如图7-图9的仿真图形及数据分析，相对于传统频率控制策略，在系统负荷突减时，本文的频率控制策略使得频率波动减少22.8％(发电工况)和37.8％(抽水工况)。具体地，图7为系统负荷突减时，交流励磁变速抽水蓄能机组处于发电工况下，采用本文控制策略和传统控制策略分别进行仿真时三机电力系统的频率变化。图8为系统负荷突减时，交流励磁变速抽水蓄能机组处于抽水工况下，采用本文控制策略和传统控制策略分别进行仿真时三机电力系统的频率变化。图9为图7和图8的仿真结果数据分析。结果证明：本文所设计频率控制策略能有效的抑制电力系统的频率波动，并且同时保证机组的安全稳定运行。

本发明实施例还提供一种抽水蓄能机组控制系统，如图10所示，包括：

获取模块1，用于获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率。详细内容参见上述实施例中步骤S1的相关描述，在此不再赘述。

计算模块2，用于根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率计算得到有功功率补偿值。详细内容参见上述实施例中步骤S2的相关描述，在此不再赘述。

更新模块3，用于根据有功功率补偿值更新目标有功功率。详细内容参见上述实施例中步骤S3的相关描述，在此不再赘述。

处理模块4，用于以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。详细内容参见上述实施例中步骤S4的相关描述，在此不再赘述。

本发明提供的抽水蓄能机组控制系统，包括：获取模块，用于获取目标抽水蓄能机组当前转速、当前频率、目标有功功率、目标无功功率、转速最值及目标频率；计算模块，用于根据当前转速、转速最值、当前频率及目标频率计算得到有功功率补偿值；更新模块，用于根据有功功率补偿值更新目标有功功率；处理模块，用于以目标无功功率及更新后的目标有功功率为运行目标进行运行。通过检测频率变化，并根据此时转子转速大小及转速最值，及时释放或者增加转子动能给与系统快速有功功率支撑，抑制电力系统中频率波动，有效挖掘交流励磁电机转子动能潜力，从而提升交流励磁变速抽水蓄能机组参与系统一次调频的能力。

本发明实施例还提供一种计算机设备，如图11所示，该设备可以包括处理器61和存储器62，其中处理器61和存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图11以通过总线连接为例。

处理器61可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器61还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器62作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的抽水蓄能机组控制方法。

存储器62可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器61所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器61。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、企业内网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器62中，当被处理器61执行时，执行本发明实施提供的抽水蓄能机组控制方法。

上述计算机设备具体细节可以对应参阅图1-图10所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。