計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法
【專利摘要】計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，涉及一種考慮風(fēng)電的火電調(diào)頻機(jī)組配置方法。為了解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定造成影響的問題。本發(fā)明以Mallat小波分解和重構(gòu)算法為工具，進(jìn)行風(fēng)功率時(shí)間序列的分解和重構(gòu)，基于小波多尺度的分析方法，建立秒級(jí)、分鐘級(jí)風(fēng)電廠功率不確定性波動(dòng)的瞬時(shí)模型，給出時(shí)域瞬時(shí)表達(dá)式后，建立用于調(diào)頻分析的含風(fēng)電區(qū)域電網(wǎng)模型，基于調(diào)頻分析模型，給出表征系統(tǒng)一、二次調(diào)頻能力的表達(dá)式，基于調(diào)頻能力表達(dá)式，定量分析計(jì)算系統(tǒng)在不同條件下的一、二次調(diào)頻能力。本發(fā)明可以減小風(fēng)功率波動(dòng)造成的系統(tǒng)頻率波動(dòng)，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。本發(fā)明適用于考慮風(fēng)電的火電調(diào)頻機(jī)組配置。
【專利說明】計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種考慮風(fēng)電的火電調(diào)頻機(jī)組配置方法

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有風(fēng)電超短期預(yù)報(bào)技術(shù)一般僅給出風(fēng)功率在某一時(shí)刻點(diǎn)的具體值，時(shí)間分辨率為15分鐘，無法對(duì)更小時(shí)間分辨率下的風(fēng)電不確定性波動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)；而且現(xiàn)有模型考慮風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻問題時(shí)，一般未將有功功率和無功功率解耦，而是籠統(tǒng)的考慮，不利于有效的分析；在分析風(fēng)電波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)調(diào)頻的影響時(shí)，沒有將不同時(shí)間尺度下的風(fēng)功率波動(dòng)同一、二次調(diào)頻的時(shí)間尺度相對(duì)應(yīng)來分析，不利于有針對(duì)性的分析；并且現(xiàn)有電力系統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組配置方法，因風(fēng)電接入率較小，僅根據(jù)負(fù)荷的波動(dòng)程度來配置機(jī)組，不利于風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)后的系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定造成影響的問題，進(jìn)而提出了一種計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法。
[0004]計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法的過程為:
[0005]步驟一:以Mallat小波分解和重構(gòu)算法為工具，并選擇dblO作為小波基，進(jìn)行風(fēng)功率時(shí)間序列的分解和重構(gòu):首先，對(duì)采樣間隔為nS的實(shí)測(cè)風(fēng)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，具體分解層數(shù)m由采樣間隔決定，應(yīng)保證分解的最后一層周期η.2m恰好為15min或者η.2m大于15min并且最接近15min,若η.Τ與15min的差在3min內(nèi)，則將第m層作為小時(shí)級(jí)別的小時(shí)平均風(fēng)功率，若η.2m與15min的差大于3min，則將第m層與第m_l層進(jìn)行重構(gòu)，得到周期為小時(shí)級(jí)別的小時(shí)平均風(fēng)功率；將后面的周期為秒級(jí)以及分鐘級(jí)的分解層分別進(jìn)行重構(gòu),得到原始風(fēng)功率序列去掉小時(shí)平均風(fēng)功率后的秒級(jí)、分鐘級(jí)功率波動(dòng)殘差；
[0006]基于小波多尺度的分析方法，建立秒級(jí)、分鐘級(jí)風(fēng)電廠功率不確定性波動(dòng)的瞬時(shí)模型，給出時(shí)域瞬時(shí)表達(dá)式；
[0007](I)分級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)同風(fēng)電場小時(shí)級(jí)平均功率的瞬時(shí)關(guān)系表達(dá)式

【權(quán)利要求】
1.計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，其特征在于它包括下述步驟: 步驟一:以Mallat小波分解和重構(gòu)算法為工具，并選擇dblO作為小波基，進(jìn)行風(fēng)功率時(shí)間序列的分解和重構(gòu):首先，對(duì)采樣間隔為nS的實(shí)測(cè)風(fēng)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，具體分解層數(shù)m由采樣間隔決定，應(yīng)保證分解的最后一層周期η.2m恰好為15min或者η.2m大于15min并且最接近15min,若η.Τ與15min的差在3min內(nèi)，則將第m層作為小時(shí)級(jí)別的小時(shí)平均風(fēng)功率，若η.2m與15min的差大于3min，則將第m層與第m_l層進(jìn)行重構(gòu)，得到周期為小時(shí)級(jí)別的小時(shí)平均風(fēng)功率；將后面的周期為秒級(jí)以及分鐘級(jí)的分解層分別進(jìn)行重構(gòu)，得到原始風(fēng)功率序列去掉小時(shí)平均風(fēng)功率后的秒級(jí)、分鐘級(jí)功率波動(dòng)殘差； 基于小波多尺度的分析方法，建立秒級(jí)、分鐘級(jí)風(fēng)電廠功率不確定性波動(dòng)的瞬時(shí)模型，給出時(shí)域瞬時(shí)表達(dá)式； (1)分級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)同風(fēng)電場小時(shí)級(jí)平均功率的瞬時(shí)關(guān)系表達(dá)式
式中，Om為風(fēng)電場輸出功率分鐘級(jí)波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差，JS為風(fēng)電場小時(shí)級(jí)平均功率，a、b、c為擬合系數(shù)，可通過最小二乘法擬合確定； (2)秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)同風(fēng)電場小時(shí)級(jí)平均功率的瞬時(shí)關(guān)系表達(dá)式
式中，os為風(fēng)電場輸出功率秒級(jí)波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差； 時(shí)間分辨率為15分鐘的風(fēng)功率預(yù)測(cè)值恰好為小時(shí)級(jí)風(fēng)功率，將其作為式⑴、(2)中的F進(jìn)行輸入，對(duì)秒級(jí)、分鐘級(jí)風(fēng)電廠功率不確定性波動(dòng)的范圍進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)； 步驟二:根據(jù)電廠的實(shí)際情況，建立用于調(diào)頻分析的含風(fēng)電區(qū)域電網(wǎng)模型，基于調(diào)頻分析模型，給出表征系統(tǒng)一、二次調(diào)頻能力的表達(dá)式: 建立用于調(diào)頻分析的含風(fēng)電的區(qū)域電網(wǎng)模型，其中區(qū)域A中含有風(fēng)電，區(qū)域B中不包含風(fēng)電； 每個(gè)區(qū)域中分別含有一次調(diào)頻通道以及二次調(diào)頻通道，系統(tǒng)的輸出為當(dāng)前各區(qū)域的頻率偏差Xf (s) , Cti為第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電份額系數(shù)，δ j為第i臺(tái)火電機(jī)組的調(diào)差系數(shù),Ri為參加二次調(diào)頻機(jī)組的功率分配系數(shù)，Ba、Bb為各區(qū)域的頻率偏差系數(shù)，Ka、Kb分別為各區(qū)域二次調(diào)頻積分器增益；Gi(s)為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)，具體表達(dá)式如下:
其中，
表不液壓伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，TsS是液壓伺服電機(jī)時(shí)間常數(shù)，取TsS =
.0.2s;
表示汽輪機(jī)的容積動(dòng)態(tài)特性，TtlS是高壓缸的容積時(shí)間常數(shù)；TaS表示等效轉(zhuǎn)子
時(shí)間常數(shù)，本系統(tǒng)中除風(fēng)機(jī)外均為同步發(fā)電機(jī)，將所有同步發(fā)電機(jī)等效為一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，再用功率份額系數(shù)乘以各自的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，即可求出等效轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；βΑ、βΒ分別表示區(qū)域A和區(qū)域B的等效摩擦系數(shù)，與Ta Σ的求取方法是一樣的，也是根據(jù)功率份額系數(shù)來求??；負(fù)荷的波動(dòng)、風(fēng)功率的波動(dòng)以及聯(lián)絡(luò)線功率的波動(dòng)分別為Xm(S)、Xwind(S)以及X Ptie (S); 考慮風(fēng)功率不確定性波動(dòng)的電網(wǎng)一次調(diào)頻能力，即僅在一次調(diào)頻作用下，某段時(shí)間內(nèi)秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)方差與電網(wǎng)頻率波動(dòng)方差的比值，表達(dá)式為:
假定區(qū)域A負(fù)荷無波動(dòng)，斷開其二次調(diào)頻通道即只考慮一次調(diào)頻作用，可以計(jì)算得出電網(wǎng)頻率變化與秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的頻域解析表達(dá)式為:
設(shè)輸入為零均值信號(hào)X (t)，經(jīng)其對(duì)應(yīng)的輸入-輸出傳遞函數(shù)H(j ω)作用后，得到輸出為y(t), j為虛數(shù)，ω為角頻率,則輸出y(t)的方差為:
式中Sy(Co) = Sx(GJ) |H(jco) I2，Sy(Co)表示輸出的功率譜密度，Sx(GJ)表示輸入的功率譜密度； 考慮到所涉及的變量為偏差量，均值為0，將式(5)代入式(6)中可得由秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)造成的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的方差σ],
其中，Swl(GJ)為秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的功率譜密度；由PSD時(shí)頻轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)算法可以得到，os(i)的功率譜密度在頻域中的抽樣可被近似為:
其中，Mfft(.)為快速傅里葉變換，N為采樣長度，為采樣頻率，E (.)為均值函數(shù)；根據(jù)香濃采樣定理，當(dāng)采樣頻率高于信號(hào)頻率一倍以上時(shí)，連續(xù)信號(hào)可以從采樣樣本中完全重建出來；因此，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率，通過式(8)可得到風(fēng)功率秒級(jí)波動(dòng)的功率譜密度；將式(8)作為輸出信號(hào)的功率譜密度帶入式(6)得到秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的方差為:
經(jīng)過推導(dǎo)可以得到考慮風(fēng)功率不確定性波動(dòng)的電網(wǎng)一次調(diào)頻能力的頻域解析表達(dá)式為:
其中，為秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的方差，為由秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)造成的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的方差，Swl(GJ)為秒級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的功率譜密度； 考慮風(fēng)功率不確定性波動(dòng)的電網(wǎng)二次調(diào)頻能力，即僅在二次調(diào)頻作用下，某段時(shí)間內(nèi)分鐘級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)方差與電網(wǎng)頻率波動(dòng)方差的比值，表達(dá)式為:
采用上述推導(dǎo)方法，同樣可以得到分鐘級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的方差以及由分鐘級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)造成的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的方差經(jīng)過推導(dǎo)可以得到考慮風(fēng)功率不確定性波動(dòng)的電網(wǎng)二次調(diào)頻能力的頻域解析表達(dá)式為:
其中，6fI2為分鐘級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的方差，crL為系統(tǒng)頻率波動(dòng)的方差，Sw2 ( ω )為分鐘級(jí)風(fēng)功率波動(dòng)的功率譜密度；步驟三:基于調(diào)頻能力表達(dá)式，定量分析計(jì)算區(qū)域電網(wǎng)在不同條件下的一、二次調(diào)頻能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，其特征在于，步驟三中的建立用于調(diào)頻分析的含風(fēng)電的區(qū)域電網(wǎng)模型是運(yùn)用Matlab/Simulink軟件實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，其特征在于，步驟三基于調(diào)頻能力表達(dá)式定量分析計(jì)算系統(tǒng)在不同條件下的一、二次調(diào)頻能力的實(shí)現(xiàn)過程為: 步驟1:保持火電一次調(diào)頻機(jī)組比例不變，計(jì)算系統(tǒng)在不同調(diào)差系數(shù)下的一次調(diào)頻能力；保持各機(jī)組調(diào)差系數(shù)不變，計(jì)算系統(tǒng)在不同火電一次調(diào)頻機(jī)組比例的一次調(diào)頻能力；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制以火電一次調(diào)頻機(jī)組比例為橫坐標(biāo)，調(diào)差系數(shù)為縱坐標(biāo)的表格，從表格中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出不同比例的火電一次調(diào)頻機(jī)組以及不同調(diào)差系數(shù)對(duì)一次調(diào)頻能力的影響規(guī)律；步驟2:保持火電二次調(diào)頻機(jī)組比例不變，計(jì)算系統(tǒng)在不同積分器增益下的二次調(diào)頻能力；保持各機(jī)組積分器增益不變，計(jì)算系統(tǒng)在不同火電二次調(diào)頻機(jī)組比例的二次調(diào)頻能力；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制以火電二次調(diào)頻機(jī)組比例為橫坐標(biāo)，積分器增益為縱坐標(biāo)的表格，從表格中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出不同比例的火電二次調(diào)頻機(jī)組以及不同積分器增益對(duì)二次調(diào)頻能力的影響規(guī)律； 步驟3:依據(jù)步驟I和步驟2的定量分析結(jié)果，提供能夠有效抑制由風(fēng)電場功率不確定性波動(dòng)引起的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的火電機(jī)組配置方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，其特征在于，步驟3依據(jù)步驟I和步驟2的定量分析結(jié)果，提供能夠有效抑制由風(fēng)電場功率不確定性波動(dòng)引起的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的火電機(jī)組配置方法的實(shí)現(xiàn)過程為: 步驟3.1.1:若A區(qū)域各機(jī)組調(diào)差系數(shù)δ iA保持不變，Dpfea值為K1, K1為一個(gè)常數(shù)；當(dāng)一次調(diào)頻機(jī)組比例由P%增加至2p%時(shí)，Dpfka值增大至21 ;即若某一時(shí)刻風(fēng)功率輸出秒級(jí)波動(dòng)量由P增加至h -P^1為一個(gè)常數(shù)，維持頻率穩(wěn)定在風(fēng)功率波動(dòng)未增加時(shí)的水平，將一次調(diào)頻機(jī)組比例由P %增至Ic1.p% ； 步驟3.1.2:若A區(qū)域積分器增益Ka不變，Dsfea值為K2，K2為假設(shè)的一個(gè)常數(shù)；當(dāng)二次調(diào)頻機(jī)組比例由P%增加至2p%時(shí)，Dsfka值增大至2K2 ;即若某一時(shí)刻風(fēng)功率輸出分鐘級(jí)波動(dòng)量由P增加至k2.P，維持頻率穩(wěn)定在風(fēng)功率波動(dòng)未增加時(shí)的水平，將一次調(diào)頻機(jī)組比例由p%增至k2.p%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)及風(fēng)電不確定性波動(dòng)的區(qū)域電網(wǎng)火電調(diào)頻機(jī)組配置方法，其特征在于，步驟3依據(jù)步驟I和步驟2的定量分析結(jié)果，提供能夠有效抑制由風(fēng)電場功率不確定性波動(dòng)引起的系統(tǒng)頻率波動(dòng)的火電機(jī)組配置方法的實(shí)現(xiàn)過程為: 步驟3.2.1:若A區(qū)域中參與一次調(diào)頻的機(jī)組比例保持不變，調(diào)節(jié)各機(jī)組的不等率δ iA，Dpfea值與δ?Α間具有如下近似關(guān)系，gp:
即若某一時(shí)刻風(fēng)功率輸出秒級(jí)波動(dòng)量由P增加至ki.P，ki為假設(shè)的一個(gè)常數(shù)，維持頻率穩(wěn)定在風(fēng)功率波動(dòng)量未增加時(shí)的水平，將S iA減小至Ii1.δ iA; 步驟3.2.2:若A區(qū)域積分器增益Ka不變，Dsfea值為K2，K2為假設(shè)的一個(gè)常數(shù)；當(dāng)二次調(diào)頻機(jī)組比例由P%增加至2p%時(shí)，Dsfka值增大至2K2 ;即若某一時(shí)刻風(fēng)功率輸出分鐘級(jí)波動(dòng)量由P增加至k2.P，維持頻率穩(wěn)定在風(fēng)功率波動(dòng)未增加時(shí)的水平，將一次調(diào)頻機(jī)組比例由p%增至k2.p%。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK104201700SQ201410486165
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】郭鈺鋒, 王 琦, 朱凌志, 陳寧, 錢敏慧, 姜達(dá)軍, 施濤, 韓華玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 中國電力科學(xué)研究院