本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)光等新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)慣量進一步降低，嚴(yán)重影響擾動后系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。而由于制氫的綠色性、經(jīng)濟性要求，電制氫裝置常需要配合大量新能源電站接入，導(dǎo)致大擾動后含電制氫負荷的系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的維持更加困難，制約了新能源并網(wǎng)與大規(guī)模制氫負荷的接入利用。研究表明，負荷參與緊急需求響應(yīng)計劃能夠有效緩解系統(tǒng)調(diào)頻能力不足的問題。電制氫裝置具有快速功率調(diào)節(jié)能力且控制靈活，適宜參與系統(tǒng)大擾動事件后的頻率緊急控制，提升系統(tǒng)頻率安全性。

2、目前對電制氫裝置參與系統(tǒng)頻率緊急控制的具體實現(xiàn)方法與調(diào)節(jié)過程認識不足。要實現(xiàn)電制氫裝置對系統(tǒng)頻率緊急控制的參與，亟需對電解槽動態(tài)響應(yīng)過程進行精準(zhǔn)刻畫，而當(dāng)前對于電解槽功率調(diào)節(jié)的研究未涉及運行特性中多因素相互作用，難以精確反映功率調(diào)節(jié)中的瞬態(tài)過程，導(dǎo)致相應(yīng)的電解槽功率調(diào)節(jié)特性無法適應(yīng)系統(tǒng)頻率緊急控制應(yīng)用，影響電制氫裝置參與調(diào)頻的具體實施。

3、除此之外，目前系統(tǒng)頻率緊急控制模型中尚未將電制氫裝置納入調(diào)頻資源中，相應(yīng)的頻率響應(yīng)方程難以體現(xiàn)適應(yīng)頻率緊急控制的電解槽功率調(diào)節(jié)特性。同時，在頻率緊急控制中既要實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的頻率響應(yīng)，又要兼顧控制經(jīng)濟性，必須協(xié)調(diào)多種調(diào)頻資源，實現(xiàn)控制代價的最小化。但目前對電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)，這方面的研究還有所欠缺，成為制約電制氫裝置參與系統(tǒng)頻率緊急控制的重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進需求，本發(fā)明提供了一種用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法及系統(tǒng)，其目的在于解決電制氫裝置參與頻率緊急控制難以實現(xiàn)的問題，從而有效提升系統(tǒng)頻率緊急控制效果，并使得系統(tǒng)頻率控制經(jīng)濟性得以增加。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法，包括：s1，構(gòu)建電流控制型功率調(diào)節(jié)模式下電制氫裝置的電解槽動態(tài)響應(yīng)模型，將所述電解槽動態(tài)響應(yīng)模型重構(gòu)為電解槽功率調(diào)節(jié)特性模型；s2，聯(lián)合電力系統(tǒng)中的各調(diào)頻資源，根據(jù)所述電解槽功率調(diào)節(jié)特性模型建立表征電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)頻率控制過程的離散化頻率響應(yīng)方程；s3，以預(yù)設(shè)擾動事件下系統(tǒng)頻率緊急控制代價最小為目標(biāo)，結(jié)合所述離散化頻率響應(yīng)方程，構(gòu)建滿足系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運行限制約束、系統(tǒng)頻率安全約束和系統(tǒng)穩(wěn)控措施約束的頻率控制模型；s4，求解所述頻率控制模型，得到頻率控制決策指令，并在發(fā)生所述預(yù)設(shè)擾動事件時發(fā)出所述頻率控制決策指令以進行頻率控制。

3、更進一步地，所述電解槽動態(tài)響應(yīng)模型包括：

4、iele(t)＝iele,0+(iele,∞-iele,0)δ(t)

5、

6、pele,0＝f(iele,0,φ0)

7、pele,in＝f(iele,∞,φ0)

8、pele,∞＝f(iele,∞,φ∞)

9、其中，iele(t)為動態(tài)過程中的電解槽電流，t為時間，iele,0為調(diào)節(jié)前初始穩(wěn)態(tài)電解槽電流，iele,∞為調(diào)節(jié)后末穩(wěn)態(tài)電解槽電流，δ(t)為階躍函數(shù)，φ(t)為動態(tài)過程中的電解槽流道等效氣泡覆蓋率，φ0為調(diào)節(jié)前初始穩(wěn)態(tài)電解槽流道等效氣泡覆蓋率，φ∞為調(diào)節(jié)后末穩(wěn)態(tài)電解槽流道等效氣泡覆蓋率，l為電解槽流道長度，v為電解質(zhì)流速，i0為調(diào)節(jié)前初始穩(wěn)態(tài)電解槽電流密度，i∞為調(diào)節(jié)后末穩(wěn)態(tài)電解槽電流密度，t為電解槽運行溫度，t0為電解槽初始溫度，p為電解槽運行壓力，p0為電解槽初始壓力，a、b、c為反映穩(wěn)態(tài)下電解槽電流-流道等效氣泡覆蓋率關(guān)系的三個經(jīng)驗參數(shù)，pele,0為調(diào)節(jié)前初始穩(wěn)態(tài)電解槽功率，f表示電解槽功率是電流與流道等效氣泡覆蓋率的二元函數(shù)，pele,in為調(diào)節(jié)后瞬態(tài)電解槽功率，pele,∞為調(diào)節(jié)后末穩(wěn)態(tài)電解槽功率。

10、更進一步地，所述電解槽動態(tài)響應(yīng)模型中電解槽運行點滿足：

11、ucell＝urev+uact.a+uact.c+uohm

12、

13、pele＝ncellucelliele＝f(iele,φ)

14、其中，ucell為電解槽電壓，urev為電解槽可逆電壓，uact.a為陽極活化電壓，uact.c為陰極活化電壓，uohm為歐姆電壓，r為理想氣體常數(shù)，t為電解槽運行溫度，n為電解反應(yīng)轉(zhuǎn)移電荷數(shù)，αa、αc分別為電解槽陽極、陰極的轉(zhuǎn)移系數(shù)，f為法拉第常數(shù)，iele為電解槽電流，j0,a、j0,c分別為電解槽陽極、陰極的等效交換電流密度，s為電解槽極板反應(yīng)面積，φ為電解槽流道等效氣泡覆蓋率，rohm為電解槽歐姆電阻，δ1為電解質(zhì)等效電導(dǎo)率，l為陰陽兩極板間距，pele為電解槽功率，ncell為電解槽串聯(lián)的單槽電解單元數(shù)量，f表示電解槽功率是電流與流道等效氣泡覆蓋率的二元函數(shù)。

15、更進一步地，所述電解槽功率調(diào)節(jié)特性模型包括：

16、

17、δpele,in＝pele,0-pele,in

18、δpele,∞＝pele,0-pele,∞

19、其中，δpele(t)為電解槽功率調(diào)節(jié)量，δpele,in為電解槽功率瞬態(tài)調(diào)節(jié)量，δpele,∞為電解槽功率末態(tài)調(diào)節(jié)量，tele為電解槽的流場氣泡效應(yīng)動態(tài)時間常數(shù)，pele,0為調(diào)節(jié)前初始穩(wěn)態(tài)電解槽功率，pele,in為調(diào)節(jié)后瞬態(tài)電解槽功率，pele,∞為調(diào)節(jié)后末穩(wěn)態(tài)電解槽功率。

20、更進一步地，所述離散化頻率響應(yīng)方程為：

21、

22、tg,iδpg,i,n+1＝tg,iδpg,i,n+(-δpg,i,n-kg,iδfn)δt

23、δpgl,i,n＝δpg,i,n-mgp,i,n+mgn,i,n

24、其中，h為系統(tǒng)慣量，δfn為第n個時間步的系統(tǒng)頻率偏差，δpc為預(yù)設(shè)擾動事件造成的系統(tǒng)功率波動量，δpcut.g為預(yù)設(shè)擾動事件下穩(wěn)控措施的火電機組切除量，δpcut.r為預(yù)設(shè)擾動事件下穩(wěn)控措施的新能源機組切除量，δpgl,i,n為預(yù)設(shè)擾動事件下火電機組i在第n個時間步的頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)量，ng為系統(tǒng)內(nèi)火電機組數(shù)量，δpele,n為預(yù)設(shè)擾動事件下電解槽在第n個時間步的頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)量，d為系統(tǒng)負荷阻尼系數(shù)，ug,i為表示火電機組i是否切機的狀態(tài)變量，pg,i為調(diào)度計劃中火電機組i的出力，δpele,∞為電解槽功率末態(tài)調(diào)節(jié)量，δpele,in為電解槽功率瞬態(tài)調(diào)節(jié)量，δt為時間步長，tele為與電解槽流場條件相關(guān)的流場氣泡效應(yīng)動態(tài)時間常數(shù)，tg,i為火電機組i的調(diào)頻時間常數(shù)，δpg,i,n為不考慮限幅時火電機組i在第n個時間步的頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)量，kg,i為火電機組i的功頻特性系數(shù)，mgp,i,n、mgn,i,n為考慮限幅因素的火電機組i在第n個時間步的兩個輔助變量。

25、更進一步地，所述頻率控制模型的優(yōu)化目標(biāo)為：

26、

27、其中，f為目標(biāo)函數(shù)，ch為系統(tǒng)電制氫裝置頻率響應(yīng)單位控制代價，δpcut.ele為預(yù)設(shè)擾動事件下電制氫裝置頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)量，cg為系統(tǒng)穩(wěn)控措施下火電切機單位控制代價，δpcut.g為預(yù)設(shè)擾動事件下穩(wěn)控措施的火電機組切除量，cr為系統(tǒng)穩(wěn)控措施下新能源切機單位控制代價，δpcut.r為預(yù)設(shè)擾動事件下穩(wěn)控措施的新能源機組切除量，cf為火電機組限幅輔助變量懲罰系數(shù)，mgp,i、mgn,i為考慮限幅因素的火電機組i的兩個輔助變量，ng為系統(tǒng)內(nèi)火電機組數(shù)量。

28、更進一步地，所述系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運行限制約束包括：電解槽輸入功率約束、電解槽電流約束、電解槽流道等效氣泡覆蓋率約束、電解槽調(diào)頻備用約束和火電機組調(diào)頻備用約束；所述系統(tǒng)頻率安全約束包括：系統(tǒng)最大頻率變化率約束、最大頻率偏差約束、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)頻率約束和調(diào)頻資源出力限制約束；所述系統(tǒng)穩(wěn)控措施約束包括：電制氫裝置頻率響應(yīng)調(diào)節(jié)量約束和新能源電站機組切除量約束。

29、按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制系統(tǒng)，包括：處理器；存儲器，其存儲有計算機可執(zhí)行程序，所述程序在被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行如上所述的用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法。

30、按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法。

31、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

32、(1)提供了一種用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制方法，通過對電流控制型功率調(diào)節(jié)模式下電解槽動態(tài)響應(yīng)過程與功率調(diào)節(jié)特性的精確建模，實現(xiàn)電制氫裝置對系統(tǒng)頻率緊急控制的有效參與，促進了含電制氫負荷系統(tǒng)調(diào)頻效能的提升，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；

33、(2)提供的適用于電制氫裝置輔助調(diào)頻系統(tǒng)的頻率控制模型，能夠準(zhǔn)確反映擾動事件后電制氫裝置等多種調(diào)頻資源作用下的頻率響應(yīng)情況，通過在線預(yù)決策方式得到?jīng)Q策方案，降低了系統(tǒng)頻率緊急控制代價，保證系統(tǒng)頻率緊急控制的有效性與經(jīng)濟性。