本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)和風(fēng)電場(chǎng)控制領(lǐng)域，特別是一種考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法。

背景技術(shù)：

1、頻率作為衡量電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，與系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)組輸出功率與負(fù)荷需求功率之間的平衡程度密切相關(guān)。通常情況下，電網(wǎng)的發(fā)電功率與負(fù)荷功率處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)頻率維持在額定值附近。然而，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)、機(jī)組故障等事件時(shí)，這種平衡被打破，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率波動(dòng)。如果系統(tǒng)頻率長(zhǎng)期或大范圍偏離正常范圍，將影響電氣設(shè)備的運(yùn)行性能，甚至可能造成設(shè)備損壞，帶來較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失。

2、在傳統(tǒng)的運(yùn)行模式下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要負(fù)責(zé)為電網(wǎng)提供能量，不涉及系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)。隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例的增加，傳統(tǒng)的常規(guī)發(fā)電機(jī)組逐漸被具有不確定性特點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組替代。這一變化顯著減少了系統(tǒng)可用于頻率調(diào)控的資源，從而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了挑戰(zhàn)。因此，探索將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為系統(tǒng)頻率調(diào)控資源的可能性，并研究其參與系統(tǒng)頻率控制的具體機(jī)制，顯得尤為必要。

3、目前，針對(duì)風(fēng)機(jī)參與電網(wǎng)頻率控制的技術(shù)已經(jīng)有很多。然而，當(dāng)前技術(shù)主要存在以下兩個(gè)不足：首先，目前的技術(shù)多通過單機(jī)模型等值風(fēng)電場(chǎng)頻率響應(yīng)特性，忽略了風(fēng)電場(chǎng)或風(fēng)電場(chǎng)集群中風(fēng)機(jī)的差異性和相關(guān)性。實(shí)際上，受尾流效應(yīng)影響，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并不完全一致，導(dǎo)致其調(diào)頻能力也有所不同。因此，采用風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)等值模型分析其頻率響應(yīng)過程會(huì)帶來一定的誤差。其次，目前的技術(shù)多基于高階非線性的數(shù)學(xué)模型來仿真風(fēng)機(jī)的頻率暫態(tài)響應(yīng)過程，對(duì)于大規(guī)模電網(wǎng)而言，這種建模技術(shù)將帶來巨大的計(jì)算壓力，難以滿足實(shí)時(shí)穩(wěn)定性分析的時(shí)效性。

4、因此，亟需一種能夠有效提高風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度，并充分利用風(fēng)電機(jī)組主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的集群建模方法，以應(yīng)對(duì)頻率波動(dòng)，提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性調(diào)節(jié)方法存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何提高風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性調(diào)節(jié)的精度和響應(yīng)速度，并增強(qiáng)其對(duì)頻率波動(dòng)的適應(yīng)能力。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法，其包括，采用jensen尾流模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)尾流效應(yīng)進(jìn)行刻畫，根據(jù)遮蔽系數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)所受的實(shí)際風(fēng)速；根據(jù)所述實(shí)際風(fēng)速，建立風(fēng)電場(chǎng)損耗模型和改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型；基于傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤mppt方法，引入慣性調(diào)節(jié)因子和調(diào)頻影響系數(shù)，建立電網(wǎng)頻率和風(fēng)機(jī)功率跟蹤系數(shù)的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系構(gòu)建風(fēng)電和火電協(xié)同頻率控制模型，引入s-function模塊實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)參數(shù)，完成風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群的建模。

5、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型包括調(diào)速器模型、原動(dòng)機(jī)模型和發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型；所述風(fēng)電與火電協(xié)同頻率控制模型包括以下步驟，當(dāng)系統(tǒng)功率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，則產(chǎn)生波動(dòng)信號(hào)δpi進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)更新參數(shù)；若微分信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)到信號(hào)波動(dòng)，則通過改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型將控制信號(hào)ctrl傳輸至s-function模塊，結(jié)合擾動(dòng)發(fā)生前模型采樣模塊存儲(chǔ)的機(jī)組出力值δpg_sam，計(jì)算系統(tǒng)實(shí)時(shí)的備用容量和爬坡率；通過改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型的傳遞函數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行第一次調(diào)頻；通過對(duì)比控制模塊、爬坡控制模塊和反饋支路，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行第二次調(diào)頻；同時(shí)風(fēng)機(jī)頻率響應(yīng)模塊接收到系統(tǒng)頻率變化信號(hào)，通過控制模型改變風(fēng)機(jī)槳距角參數(shù)和葉尖速比參數(shù)，改變風(fēng)機(jī)出力；將所述風(fēng)電場(chǎng)損耗模型和所述改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型的輸出響應(yīng)功率，輸入至發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模塊中，輸出頻率增量信號(hào)，改變系統(tǒng)的頻率；循環(huán)執(zhí)行以上步驟，持續(xù)對(duì)系統(tǒng)頻率波動(dòng)作出響應(yīng)；其中，δpi為狀態(tài)i的火電機(jī)組與系統(tǒng)間的不平衡功率，δpg_sam為機(jī)組出力值。

6、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一次調(diào)頻包括以下步驟：所述調(diào)速器模型是通過調(diào)速器輸入系統(tǒng)頻率偏差δfi和火電機(jī)組可為系統(tǒng)提供的功率調(diào)節(jié)容量δpi,cg，生成控制信號(hào)傳遞至所述原動(dòng)機(jī)模型，改變閥門開度；所述原動(dòng)機(jī)模型是將再熱式汽輪機(jī)熱段充氣延時(shí)的傳遞函數(shù)參數(shù)，輸入汽門增減的控制信號(hào)，生成機(jī)械功率增量輸入至所述發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型；所述傳遞函數(shù)參數(shù)包含再熱器的再熱系數(shù)fi,hp、蒸汽輪機(jī)時(shí)間常數(shù)ti,ch以及再熱器慣性時(shí)間常數(shù)ti,rh；所述發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型是將所述原動(dòng)機(jī)模型的機(jī)械功率增量和發(fā)電機(jī)電磁功率增量輸入至所述發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型，輸出為發(fā)電機(jī)頻率增量。

7、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第二次調(diào)頻包括以下步驟：將系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量δpi,a和系統(tǒng)需要的調(diào)節(jié)容量δpi,r傳輸至對(duì)比控制模塊后分別進(jìn)入abs模塊取絕對(duì)值；將系統(tǒng)需要的調(diào)節(jié)容量δpi,r輸入至限幅模塊進(jìn)行處理，并將輸出值和系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量δpi,a進(jìn)行對(duì)比；將對(duì)比結(jié)果傳輸至爬坡控制模塊，系統(tǒng)以等效爬坡率ki為線性系數(shù)對(duì)機(jī)組輸出功率進(jìn)行增加或減少，直至輸出功率等于系統(tǒng)恢復(fù)頻率正常所需的功率調(diào)節(jié)容量δpi,m為止；所述改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型的相關(guān)計(jì)算公式如下：

8、

9、其中，ng,n為系統(tǒng)處于狀態(tài)i時(shí)，正常運(yùn)行狀態(tài)的火電機(jī)組集合，δfi為系統(tǒng)頻率偏差，δpi,a為系統(tǒng)調(diào)節(jié)容量，ri為發(fā)電機(jī)組單位調(diào)節(jié)功率，pj,max為第j臺(tái)火電機(jī)組最大輸出功率，pj,min為第j臺(tái)火電機(jī)組最小輸出功率，pj為第j臺(tái)火電機(jī)組的實(shí)時(shí)輸出功率，hj為第j臺(tái)火電機(jī)組的慣性常數(shù)，rj為第j臺(tái)火電機(jī)組的調(diào)速系數(shù)，kj為第j臺(tái)火電機(jī)組的爬坡率。

10、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述風(fēng)電和火電協(xié)同頻率控制模型包括以下步驟：根據(jù)傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤mppt方法，引入慣性因子分析電網(wǎng)頻率變化率與風(fēng)機(jī)有功功率變化的關(guān)系，修正功率跟蹤系數(shù)；建立次優(yōu)功率點(diǎn)跟蹤模式下電網(wǎng)頻率與功率跟蹤系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，具體公式如下：

11、

12、其中，ko為次優(yōu)功率點(diǎn)跟蹤模式中的功率跟蹤系數(shù)，kbast為最大功率追蹤系數(shù)，foppt為系統(tǒng)頻率的慣性因子，kt為等效同步機(jī)組的慣量系數(shù)，ωd0為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速初始變化量，δωt為等效同步機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化量，p為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的極對(duì)數(shù)。

13、設(shè)置控制模型獲取系統(tǒng)頻率變化，實(shí)時(shí)計(jì)算頻率調(diào)節(jié)因子和慣性調(diào)節(jié)因子；利用修正后的功率跟蹤系數(shù)，調(diào)整風(fēng)機(jī)輸出功率，定義調(diào)頻影響系數(shù)，結(jié)合慣性調(diào)節(jié)因子δfoppt，計(jì)算改進(jìn)次優(yōu)功率點(diǎn)跟蹤模式中的功率跟蹤系數(shù)；所述調(diào)頻影響系數(shù)的具體公式如下：

14、

15、其中，ereal為實(shí)際可用動(dòng)能，eavail為安全運(yùn)行規(guī)定動(dòng)能，ωmin為轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，δf為電網(wǎng)頻率偏差，ωd為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化量，ωmax為恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)子起始轉(zhuǎn)速。

16、所述控制模型包含高通濾波器和低通濾波器。

17、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述刻畫包括以下步驟：將風(fēng)電場(chǎng)參數(shù)輸入至jensen尾流模型，采用風(fēng)機(jī)聚合方法對(duì)聚合指標(biāo)進(jìn)行劃分，輸出下游風(fēng)機(jī)所受風(fēng)速vd，具體公式如下：

18、

19、其中，vd為下游風(fēng)機(jī)所受風(fēng)速，ct,i為第i臺(tái)風(fēng)機(jī)t的推力系數(shù)，vna為風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境風(fēng)速，n為第i臺(tái)風(fēng)機(jī)上游風(fēng)機(jī)的總數(shù)，ξij為第j臺(tái)下游風(fēng)機(jī)受第i臺(tái)上游風(fēng)機(jī)尾流效應(yīng)影響的系數(shù)，ru為風(fēng)機(jī)扇葉u的半徑，sshadow為沿風(fēng)方向上游風(fēng)機(jī)會(huì)遮蔽下游風(fēng)機(jī)的陰影面積，s0為沿風(fēng)方向上游風(fēng)機(jī)會(huì)遮蔽下游風(fēng)機(jī)的初始面積，ri為第i臺(tái)風(fēng)機(jī)的半徑，具體公式如下：

20、ri＝ri+αwx；

21、其中，αw為下降系數(shù)，x為兩風(fēng)機(jī)間沿風(fēng)向的距離。

22、作為本發(fā)明所述考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述風(fēng)機(jī)聚合方法包括以下步驟：根據(jù)遮蔽系數(shù)，按照劃分原則將風(fēng)電機(jī)組劃分為若干集合，分別標(biāo)記為集合1至集合m，依次對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分組聚合；采用k均值聚類方法對(duì)同一集合m內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行聚合，形成風(fēng)電機(jī)組等值并作為聚合單風(fēng)機(jī)模型，引入系統(tǒng)參與頻率控制；若集合1至集合m-1中的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行聚合后的組數(shù)為k組，則計(jì)算集合中的第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)組所受風(fēng)速的具體公式如下：

23、

24、其中，vk,k∈set2為k組中集合中的第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)組所受風(fēng)速，ε1,k為集合1中風(fēng)電機(jī)組對(duì)集合2內(nèi)第臺(tái)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速的尾流效應(yīng)影響效果，ct,groupl為推力系數(shù)，ζi,k為k組受第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)組尾流效應(yīng)影響的系數(shù)。

25、所述劃分原則是同一集合內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組之間不產(chǎn)生相互影響，并且位于集合i的風(fēng)電機(jī)組受到的尾流效應(yīng)，僅來自集合1至集合i-1中的風(fēng)電機(jī)組；所述風(fēng)電場(chǎng)參數(shù)包括風(fēng)機(jī)地理位置、自然風(fēng)速和自然風(fēng)向。

26、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模系統(tǒng)，其包括：計(jì)算模塊，用于采用jensen尾流模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)尾流效應(yīng)進(jìn)行刻畫，根據(jù)遮蔽系數(shù)計(jì)算風(fēng)機(jī)所受的實(shí)際風(fēng)速；建立模塊，用于根據(jù)所述實(shí)際風(fēng)速，建立風(fēng)電場(chǎng)損耗模型和改進(jìn)火電機(jī)組頻率控制模型；慣性調(diào)節(jié)因子模塊，基于傳統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤mppt方法，引入慣性調(diào)節(jié)因子和調(diào)頻影響系數(shù)，建立電網(wǎng)頻率和風(fēng)機(jī)功率跟蹤系數(shù)的函數(shù)關(guān)系；風(fēng)電和火電協(xié)同頻率控制模型模塊，根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系構(gòu)建風(fēng)電和火電協(xié)同頻率控制模型，引入s-function模塊實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)參數(shù)，完成風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群的建模。

27、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的步驟。

28、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的考慮主動(dòng)調(diào)節(jié)能力的風(fēng)電場(chǎng)頻率穩(wěn)定性集群建模方法的步驟。

29、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過采用多風(fēng)機(jī)等值聚合方法考慮尾流效應(yīng)，引入改進(jìn)的次優(yōu)功率點(diǎn)跟蹤控制策略使風(fēng)機(jī)能動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率變化，并建立改進(jìn)風(fēng)火電協(xié)同頻率控制模型，實(shí)時(shí)參數(shù)修正機(jī)制，提高頻率控制的精確性和時(shí)效性；在保證精度的同時(shí)大幅縮短仿真時(shí)間，降低計(jì)算負(fù)擔(dān)，有助于提升電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性。