CN116505599B - 一种风光储场站有功响应延时估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风光储场站有功响应延时估计方法，属于风光储场站频率控制响应延时估计技术领域。在对风光储并网点频率、频率变化率有功功率和数据进行滤波的基础上，获取进入评估时刻的有功功率，再求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值并计算风光储场站并网点调频能量，进而利用风光储场站频率控制器上送的控制参数计算理论调频能量，最后计算风光储场站并网点有功响应延时。本发明采用上述的一种风光储场站有功响应延时估计方法，能够基于PMU在风光储电站并网点的量测数据及频率控制器上送的控制参数，在对量测数据滤波的基础上，利用扰动后数据确定风光储电站并网点有功响应延时大小。
Description
技术领域
本发明涉及风光储场站频率控制响应延时估计技术领域，尤其是涉及一种风光储场站有功响应延时估计方法。
背景技术
在我国提出“双碳”目标的背景下，电力***中风电、光伏等新能源电源替代同步发电机接入电网。首先，风电、光伏电源输出有功功率的能力受风速、光照强度、温度等自然环境条件环境因素的影响，出力存在波动性；其次，光伏本身不具备转动惯量；风机虽有转动惯量，但是由于基于换流器控制并网使得其转动惯量与电网频率解耦。因此，大量新能源电源取代传统同步机接入电网将影响***有功功率平衡，进而影响***的频率稳定。基于此，开发建设风光储联合电站是我国大规模利用风光发电的重要形式。为了解决高比例新能源接入后电力***的频率稳定问题，迫切要求风光储电站采用虚拟惯量控制和一次调频控制来提供***频率支撑的能力。
单台风机、光伏及储能逆变器容量有限，为充分利用风光储场站的调频资源，往往需集群利用，这使风光储场站频率支撑控制具有多层级、重协调的特点。各层级间的数据通信和协调优化使得风光储场站频率控制存在时间延迟，导致场站并网点有功响应相对频率扰动存在时间迟滞。因此，开展风光储场站有功响应延时估计对于研究新能源电站的非线性特征、提升风光储场站快速支撑电网频率稳定的能力具有重要意义。现有研究中，缺少对风光储场站有功响应延时量化分析，难以精细刻画风光储有功响应延时对频率支撑效果产生的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种风光储场站有功响应延时估计方法，能够基于PMU在风光储电站并网点的量测数据及频率控制器上送的控制参数，在对量测数据滤波的基础上，可以利用扰动后数据确定风光储电站并网点有功响应延时大小。对于提高风光储场站快速主动支撑电网频率的能力及制定风光储协调优化策略具有重要意义。
为实现上述目的，本发明提供了一种风光储场站有功响应延时估计方法，包括以下步骤：
S1、基于PMU获取风光储电站并网点的频率、频率变化率和有功功率数据，基于风光储场站频率控制器上送获取虚拟惯量及一次调频控制参数，将频率、频率变化率、有功功率数据、虚拟惯量及一次调频控制参数上传至评估服务器；
S2、将频率和有功功率采用滑动平均的算法进行滤波；
S3、由频率的偏差值获取进入评估时刻，计算求取评估时刻前2s的有功平均值作为评估时刻的有功功率值；
S4、根据进入评估时刻的有功功率值，求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值；
S5、根据有功的差值计算结果和进入评估时刻的时标，计算风光储场站并网点的调频能量；
S6、根据风光储场站频率控制器上送的虚拟惯量及一次调频控制参数，计算风光储场站并网点的理论调频能量；
S7、根据计算得到的调频能量和理论调频能量计算风光储场站的有功响应延时。
优选的，步骤S2中，将频率和有功功率采用滑动平均的算法进行滤波，如下式所示：
；
式中：P为风光储场站群并网点的有功功率，f为风光储场站群并网点的频率，f(i)为第i时刻并网点频率值，ΔT为采样时间，f(i-2ΔT)为第i时刻前2个采样时刻的并网点频率值，f(i-ΔT)为第i时刻前1个采样时刻的并网点频率值，f(i+2ΔT)为第i时刻后2个采样时刻的并网点频率值，f(i+ΔT)为第i时刻后1个采样时刻的并网点频率值，为第i时刻并网点频率的滑动平均值，P(i)为第i时刻并网点有功功率值，P(i-2ΔT)为第i时刻前2个采样时刻的并网点有功功率值，P(i-ΔT)为第i时刻前1个采样时刻的并网点有功功率值，P(i+2ΔT)为第i时刻后2个采样时刻的并网点有功功率值，P(i+ΔT)为第i时刻后1个采样时刻的并网点有功功率值，/>为第i时刻并网点有功功率的滑动平均值。
优选的，步骤S3中，由频率的偏差值获取进入评估时刻，计算求取评估时刻前2s的有功平均值作为评估时刻的有功功率值，包括：
;
式中：Δf(t a )为并网点频率相对标称频率的偏差值，t a 为并网点频率相对标称频率的偏差值等于风光储频率控制死区的时刻，此时刻频率值为f(t a )，Δf db 为风光储频率控制死区，f 0 为电力***标称频率，f 0= 50Hz；
;
式中：P 0 为评估时刻的有功功率值，t a 为频率偏差等于风光储频率控制死区的时刻，为经过滑动平均处理后的并网点有功功率，t为时间，dt为时间积分变量。
优选的，步骤S4中，根据进入评估时刻的有功功率值，求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值，包括：
;
式中：ΔP(t)为风光储电站并网点的有功功率变化量，P(t)为风光储电站并网点的有功功率。
优选的，步骤S5中，根据有功的差值计算结果和进入评估时刻的时标，计算风光储场站并网点的调频能量，包括：
;
式中：E PCC 为风光储电站并网点的调频能量。
优选的，步骤S6中，根据风光储场站频率控制器上送的虚拟惯量及一次调频控制参数，计算风光储场站并网点的理论调频能量，包括：
;
式中，H set 为风光储场站虚拟惯量控制参数，K set为风光储场站一次调频控制参数，Δf为风光储电站并网点频率偏差，df/dt为风光储电站并网点频率变化率，E i 为风光储电站并网点的理论调频能量。
优选的，步骤S7中，根据计算得到的调频能量和理论调频能量计算风光储场站的有功响应延时，包括以下步骤：
S71、计算风光储场站并网点的调频能量和理论调频能量曲线的斜率：
;
;
式中，DE PCC (t m )为t m 时刻的风光储电站并网点的调频能量的斜率，DE i (t m )为t m 时刻的风光储电站并网点的理论调频能量的斜率；
S72、利用并网点调频能量和理论调频能量曲线的斜率，设计计数器，判断并计算风光储频率控制投入时刻：
;
;
式中，Csum(t m )为t m 时刻的所设计的计数器的计数值，Csum(t m -ΔT)为t m 时刻的上一计算时刻的计数值，Cr为0~1变量，Tr为常数，Tr值为0.4~1.0；
S73、当计数器累计达到所设定的常数值C set，风光储场站已触发频率控制，从而计算风光储场站有功响应延时：
;
;
;
式中，C set为常数，C set值为50~200，T delay 为待求风光储场站有功响应延时，t b 为计算得到频率控制开始响应时刻，Csum(t c )为计数器达到C set，记此时刻为t c ，Csum(t b )为计数器在时刻为t c 前首次为0，记此时刻为t b 。
因此，本发明采用上述一种风光储场站有功响应延时估计方法，其技术效果如下：
（1）本发明能够基于PMU在风光储电站并网点的量测数据及频率控制器上送的控制参数，在对量测数据滤波的基础上，可以利用扰动后数据确定风光储电站并网点有功响应延时大小。
（2）本发明对于提高风光储场站快速主动支撑电网频率的能力及制定风光储协调优化策略具有重要意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实现流程图；
图2为实施例中频率图；
图3为实施例中有功功率图；
图4为实施例中并网点调频能量图；
图5为实施例中计数器图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
实施例一
如图1所示，为本发明的实现流程。所述方法具体步骤如下：
步骤1：利用风光储场站并网点装设的PMU测量并网点频率及有功功率并利用场站控制器上送当前时刻的虚拟惯量及一次调频控制参数值，将频率、频率变化率、有功功率数据、虚拟惯量及一次调频控制参数上传至评估服务器；
步骤2：将频率和有功功率采用滑动平均的算法进行滤波，如下式所示：
;
式中：P为风光储场站群并网点的有功功率，f为风光储场站群并网点的频率，f(i)为第i时刻并网点频率值，ΔT为采样时间，f(i-2ΔT)为第i时刻前2个采样时刻的并网点频率值，f(i-ΔT)为第i时刻前1个采样时刻的并网点频率值，f(i+2ΔT)为第i时刻后2个采样时刻的并网点频率值，f(i+ΔT)为第i时刻后1个采样时刻的并网点频率值，为第i时刻并网点频率的滑动平均值，P(i)为第i时刻并网点有功功率值，P(i-2ΔT)为第i时刻前2个采样时刻的并网点有功功率值，P(i-ΔT)为第i时刻前1个采样时刻的并网点有功功率值，P(i+2ΔT)为第i时刻后2个采样时刻的并网点有功功率值，P(i+ΔT)为第i时刻后1个采样时刻的并网点有功功率值，/>为第i时刻并网点有功功率的滑动平均值。
步骤3：由频率的偏差值获取进入评估时刻t 1，计算求取评估时刻前2s的有功平均值作为评估时刻的有功功率值。
(2)
式中：Δf(t a )为并网点频率相对标称频率的偏差值，t a 为并网点频率相对标称频率的偏差值等于风光储频率控制死区的时刻，此时刻频率值为f(t a )，Δf db 为风光储频率控制死区，f 0 为电力***标称频率，f 0= 50Hz；
(3)
式中：P 0 为评估时刻的有功功率值，t a 为频率偏差等于风光储频率控制死区的时刻，为经过滑动平均处理后的并网点有功功率，t为时间，dt为时间积分变量。
步骤4：根据进入评估时刻的有功功率值，计算评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值。
(4)
式中：ΔP(t)为风光储电站并网点的有功功率变化量，P(t)为风光储电站并网点的有功功率。
步骤5：根据有功差值计算结果和进入评估时刻的时标，采用求取风光储场站并网点的调频能量。
(5)
式中：E PCC为风光储电站并网点的调频能量。
步骤6：根据风光储场站频率控制器上送的虚拟惯量及一次调频控制参数，计算风光储场站并网点的理论调频能量：
(6)
式中，H set为风光储场站虚拟惯量控制参数，K set为风光储场站一次调频控制参数，Δf为风光储电站并网点频率偏差，df/dt为风光储电站并网点频率变化率，E i为风光储电站并网点的理论调频能量。
步骤7：根据计算得到的调频能量和理论调频能量计算风光储场站的有功响应延时。首先，计算风光储场站并网点的调频能量和理论调频能量曲线的斜率：
(7)
(8)
式中，DE PCC (t m )为t m 时刻的风光储电站并网点的调频能量的斜率，DE i (t m )为t m 时刻的风光储电站并网点的理论调频能量的斜率；
其次，利用并网点调频能量和理论调频能量曲线的斜率，设计了一种计数器，判断并计算风光储频率控制投入时刻：
(9)
(10)
式中，Csum(t m )为t m 时刻的所设计的计数器的计数值，Csum(t m -ΔT)为t m 时刻的上一计算时刻的计数值，Cr为0-1变量，Tr为常数，Tr值为0.4~1.0。
最后，当计数器累计达到一定数值，即可认为风光储场站已触发频率控制，从而计算风光储场站有功响应延时。
(11)
(12)
(13)
式中，C set为常数，C set值为50~200，T delay 为待求风光储场站有功响应延时，t b 为计算得到频率控制开始响应时刻，Csum(t c )为计数器达到C set，记此时刻为t c ，Csum(t b )为计数器在时刻为t c 前首次为0，记此时刻为t b 。
下面通过采用实时数字仿真***（real time digital simulation system，RTDS），搭建含风光储电站的某区域电网模型，通过风光储电站频率控制器构建闭环实时仿真***。RTDS模型中施加负荷徒增扰动，利用频率控制器内置控制参数及模型中风光储场站并网点模拟量测点，模拟实际工程应用场景，对本发明所述方法进行说明。如图2、3分别为经过滤波后并网点的频率和有功功率，对并网点有功响应延时进行估计的步骤如下：
1.由频率变化率和频率的偏差值，获取进入评估时刻的有功功率值和频率值。
2.根据进入评估时刻的有功功率值和频率值，求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值和实测频率相对进入评估时刻频率的差值。
3.根据差值计算结果，测量风光储电站并网点的有功功率变化和频率变化，对风光储电站进行虚拟惯量和一次调频评估。
图4为并网点调频能量图，图5为计数器图。由图4、5可以看到，利用本发明提出的方法，可以通过对风光储并网点有功功率变化特征进行分析，利用有功曲线即可提取并网点有功响应延时。
由本发明对有功响应延时的定义及图5可知，所提风光储有功响应延时估计方法估计的延时结果接近其真实有功响应延时，可以证明本发明能较为准确地计算得到风光储电站并网点有功响应延时。
由实施例可知，本发明所提方法能对风光储的有功响应延时进行合理的估计。根据并网点采集的频率和有功功率数据，不需要辨识扰动功率大小，采用本发明所提方法对有功曲线进行处理，即可对风光储电站的有功响应延时进行估计。
因此，本发明采用上述一种风光储场站有功响应延时估计方法，能够基于PMU在风光储电站并网点的量测数据及频率控制器上送的控制参数，在对量测数据滤波的基础上，可以利用扰动后数据确定风光储电站并网点有功响应延时大小。对于提高风光储场站快速主动支撑电网频率的能力及制定风光储协调优化策略具有重要意义。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种风光储场站有功响应延时估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于PMU获取风光储电站并网点的频率、频率变化率和有功功率数据，基于风光储场站频率控制器上送获取虚拟惯量及一次调频控制参数，将频率、频率变化率、有功功率数据、虚拟惯量及一次调频控制参数上传至评估服务器；
S2、将频率和有功功率采用滑动平均的算法进行滤波；
S3、由频率的偏差值获取进入评估时刻，计算求取评估时刻前2s的有功平均值作为评估时刻的有功功率值；
S4、根据进入评估时刻的有功功率值，求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值；
S5、根据有功的差值计算结果和进入评估时刻的时标，计算风光储场站并网点的调频能量；
S6、根据风光储场站频率控制器上送的虚拟惯量及一次调频控制参数，计算风光储场站并网点的理论调频能量，包括：
；
式中，为并网点频率相对标称频率的偏差值等于风光储频率控制死区的时刻，/>为风光储场站虚拟惯量控制参数，/>为风光储场站一次调频控制参数，/>为风光储电站并网点频率偏差，/>为风光储电站并网点频率变化率，/>为风光储电站并网点的理论调频能量；
S7、根据计算得到的调频能量和理论调频能量计算风光储场站的有功响应延时，包括以下步骤：
S71、计算风光储场站并网点的调频能量和理论调频能量曲线的斜率：
；
；
式中，为/>时刻的风光储电站并网点的调频能量的斜率，/>为/>时刻的风光储电站并网点的理论调频能量的斜率；
S72、利用并网点调频能量和理论调频能量曲线的斜率，设计计数器，判断并计算风光储频率控制投入时刻：
；
；
式中，为/>时刻的所设计的计数器的计数值，/>为/>时刻的上一计算时刻的计数值，/>为0~1变量，/>为常数，/>值为0.4~1.0；
S73、当计数器累计达到所设定的常数值，风光储场站已触发频率控制，从而计算风光储场站有功响应延时：
；
；
；
式中，为常数，/>值为50~200，/>为待求风光储场站有功响应延时，/>为计算得到频率控制开始响应时刻，/>为计数器达到/>，记此时刻为/>，/>为计数器在时刻为/>前首次为0，记此时刻为/>。
2.根据权利要求1所述的一种风光储场站有功响应延时估计方法，其特征在于，步骤S2中，将频率和有功功率采用滑动平均的算法进行滤波，如下式所示：
；
式中：为风光储场站群并网点的有功功率，/>为风光储场站群并网点的频率，/>为第i时刻并网点频率值，/>为采样时间，/>为第/>时刻前2个采样时刻的并网点频率值，/>为第/>时刻前1个采样时刻的并网点频率值，/>为第/>时刻后2个采样时刻的并网点频率值，/>为第/>时刻后1个采样时刻的并网点频率值，/>为第/>时刻并网点频率的滑动平均值，/>为第/>时刻并网点有功功率值，/>为第/>时刻前2个采样时刻的并网点有功功率值，/>为第/>时刻前1个采样时刻的并网点有功功率值，为第/>时刻后2个采样时刻的并网点有功功率值，/>为第/>时刻后1个采样时刻的并网点有功功率值，/>为第/>时刻并网点有功功率的滑动平均值。
3.根据权利要求1所述的一种风光储场站有功响应延时估计方法，其特征在于，步骤S3中，由频率的偏差值获取进入评估时刻，计算求取评估时刻前2s的有功平均值作为评估时刻的有功功率值，包括：
；
式中：为并网点频率相对标称频率的偏差值，/>为并网点频率相对标称频率的偏差值等于风光储频率控制死区的时刻，此时刻频率值为/> ，/>为风光储频率控制死区，/>为电力***标称频率，/>；
；
式中：为评估时刻的有功功率值，/>为频率偏差等于风光储频率控制死区的时刻，为经过滑动平均处理后的并网点有功功率，/>为时间，/>为时间积分变量。
4.根据权利要求1所述的一种风光储场站有功响应延时估计方法，其特征在于，步骤S4中，根据进入评估时刻的有功功率值，求取评估时段内实测有功相对进入评估时刻有功的差值，包括：
；
式中：为风光储电站并网点的有功功率变化量，/>为风光储电站并网点的有功功率。
5.根据权利要求1所述的一种风光储场站有功响应延时估计方法，其特征在于，步骤S5中，根据有功的差值计算结果和进入评估时刻的时标，计算风光储场站并网点的调频能量，包括：
；
式中：为风光储电站并网点的调频能量；/>为风光储电站并网点的有功功率；为评估时刻的有功功率值。
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