[发明专利]一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法

说明书

本发明提出一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法，该方法采用分布式实时双层协调调度与控制机制，来解决电力电子化电力系统的有功平衡和频率控制问题。在上层，所提方法依据电气距离将电力电子化电力系统进行分区；分区后的电力电子化电力系统的多区域采用分布式一致性协议对非私密电气量进行交互迭代。在下层，每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分；在充分考虑电气线路约束的情况下实时调度与控制每个区域的电力电子化机组。所提方法能实现电力电子化电力系统上层协调一致，下层公平出力，形成良性竞争的有功平衡和频率控制解决方案。

技术领域

本发明属于电力系统频率控制领域，涉及一种分布式实时频率协调调控方法，适用于电力电子化电力系统的有功平衡和频率控制。

背景技术

随着新能源发电的广泛应用，电力电子化电力系统出现大量的电力电子变换装置。相对于传统的电力系统构成，电力电子化电力系统的惯量小，且故障情况下电力电子变换装置具有故障穿越能力，使得电源侧在故障下的动态特性得到有效提升。电力电子化电力系统的频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，无功功率负荷的增大将导致系统电压水平的下降。当频率过低时，会使整个系统瓦解，造成大面积停电。

电力电子化电力系统频率是靠电力电子化电力系统内并联运行的所有机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗的有功功率总和之间的平衡来维持的。但电力电子化电力系统的负荷是时刻变化的，导致系统频率的变化。为了保证电力电子化电力系统的工作频率在允许范围之内，需要实时调节系统内并联运行机组的有功功率。频率是电能质量的一个重要指标，电力行业中大容量电力电子化电力系统的频率偏差不得超过±0.2Hz，工业中使用的电能频率偏差不得超过±0.1Hz。

发明内容

本发明提出一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法。该方法将分布式实时频率协调调控应用于现代的电力电子化电力系统中，实现电力电子化电力系统的频率的分布式实时协调调控。电力电子化电力系统有功功率平衡是指维持电力电子化电力系统总发电和储能设备的有功功率与总负荷有功功率以及系统联络线交换的有功功率在任何时刻都达到平衡的全部运行调整过程。

在电力电子化电力系统中，有功功率平衡是指所有发电厂发出的有功功率等于所有发电厂的厂用电有功负荷和所有变电站用电有功负荷、所有网络的有功损耗和所有用户的有功负荷的总和。有功功率平衡表示如下：

其中，为所有发电机发出总有功功率；为所有负荷消耗的有功功率；ΔP_∑为网络总损耗。对于有功功率平衡需要满足的约束条件：

其中，为发电设备的额定有功功率；为发电设备运行时最小的有功功率，因发电设备的类型而异。对于无功功率平衡需要满足的约束条件：

其中，为发电设备的无功功率最大值；Q_Gi为发电设备的无功功率；为发电设备运行时最小的无功功率。对于发电设备输出电压需要满足的约束条件：

其中，为发电设备输出电压的最大值；U_i为发电设备输出电压；为发电设备输出电压的最小值，取决于对电能质量的要求。

要维持电力电子化电力系统的频率在正常的范围内，电力电子化电力系统必须具有充裕的可调有功电源。

对于电力电子化电力系统处于稳态运行时，系统的频率变化主要是由负荷变化引起的，因此有功负荷的变化会使电力电子化电力系统的频率产生波动。

电力电子化电力系统频率等于f时的整个电力电子化电力系统的有功负荷P_L为：