CN116706943B - 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法 - Google Patents

一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116706943B
CN116706943B CN202310984356.2A CN202310984356A CN116706943B CN 116706943 B CN116706943 B CN 116706943B CN 202310984356 A CN202310984356 A CN 202310984356A CN 116706943 B CN116706943 B CN 116706943B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
load
electrolytic aluminum
frequency
electrolytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310984356.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116706943A (zh
Inventor
廖思阳
徐箭
谢濠聪
张鹏超
肖康
柯德平
任东风
周芳
彭明江
罗磊
李朝瑞
卢俊
姚伟
聂继锋
李萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Xiangyang Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Wuhan University WHU
Xiangyang Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU, Xiangyang Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN202310984356.2A priority Critical patent/CN116706943B/zh
Publication of CN116706943A publication Critical patent/CN116706943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116706943B publication Critical patent/CN116706943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20—Automatic control or regulation of cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • H02J3/144—Demand-response operation of the power transmission or distribution network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/50—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads
    • H02J2310/56—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads characterised by the condition upon which the selective controlling is based
    • H02J2310/58—The condition being electrical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及电网调频技术领域，并公开了一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，先监测火电机组一次调频特性，再分析电解铝负荷功率可调特性，得出电解铝负荷变化量和饱和电抗器电抗变化量之间的关系；通过调节饱和电抗器的电抗，以调节电解铝负荷的功率，定义电解铝负荷的调差系数记为；基于电解槽温度的情况下对电解铝负荷的调差系数进行优化，分为正常状态、预警状态、紧急状态；在不同状态下根据相应的调差系数和电网的频率变化，得出相应的电解铝负荷变化量，此时进行一次调频的功率，并计算出此时的最大调节功率；以此对多个电解铝负荷参与电网调频。该方案可实现大电网中的源‑网‑荷协调联动，增强大电网的风电消纳能力。

Description

一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法
技术领域
本发明涉及电网调频技术领域，具体涉及一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法。
背景技术
目前负荷参与电网调频主要集中在空调、电动汽车等对象，这类负荷单个容量小、数量多且分散，参与秒级快速响应场景则需对被控负荷逐一改造并加装控制通道，改造成本较高，也不利于调控中心的统一调度。电解铝负荷可调容量大、调节速度快、集中易改造、短暂的功率变化对其生产影响较小，符合负荷参与电网调频的需求。早期国内外对工业负荷参与电网调频主要集中在可中断特性方面，即通过负荷侧管理探索电解铝负荷参与电网互动的可行性。近年来工业负荷的功率连续可调特性也取得了一些进展，但研究主要基于孤立电网稳定控制领域，也有部分涉及大电网互动，调节方式主要是调整自备电厂出力计划或者控制负荷启停，无法应对新能源发电引起的电网频率快速波动。本发明主要针对工业负荷的精准调节技术，应用分段调系数协调电解铝负荷与火电机组一次调频以应对新能源快速波动导致的电网控制难题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，以解决现有的调节方式无法应对新能源发电引起的电网频率快速波动的问题。
为实现上述目的，本发明所采用了下述的技术方案：
一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，用于实现大电网中的源-网-荷协调联动，增强大电网的风电消纳能力，包括以下步骤：
步骤S1、监测火电机组一次调频特性：一次调频是指当***的频率偏离正常值时，通过自动控制***启动并入电网的发电机组，然后根据***的频率变化，发电机机组自动的增加或者减少输出的功率，负荷与此同时也自动的减少或者增加吸收的功率，共同平抑所产生的不平衡功率，维持电力***的稳定；
步骤S2、分析电解铝负荷功率可调特性：将电解槽等效为一个等效电阻R和反电动势E串联，并通过电解槽的直流电压、流经电解槽的直流电流/>，计算出电解铝负荷的输入功率/>，并得出电解铝负荷变化量/>和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系；
步骤S3、基于电解槽温度的电解铝负荷调差系数优化：根据步骤S2得出的电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗变化量之间的关系，通过调节饱和电抗器的电抗，以调节电解铝负荷的功率，从而平衡***的不平衡功率，维持***频率的稳定，并定义电解铝负荷的变化量为***频率变化量的比值为电解铝负荷的调差系数记为；
步骤S4、基于分段调差系数对单个电解铝负荷进行调控：基于电解槽温度的情况下对电解铝负荷的调差系数进行优化，将其分为了三个状态，分别为：正常状态、预警状态、紧急状态；并在不同状态下，根据相应的调差系数和电网的频率变化，得出相应的电解铝负荷变化量，此时进行一次调频的功率，并计算出此时的最大调节功率；
步骤S5、基于分段调差系数对多个电解铝负荷进行调控：根据步骤S4对单个电解铝负荷参与电网调频时，在调节时间一定，恒功率调解时，每个调控区间的调节功率上限，以对多个电解铝负荷参与电网调频。
进一步的，步骤S1中，在进行一次调频时，仅发电机组的调速器动作，是有差调频，其功率平衡关系如下：
负荷的有功频率静态特性中，直线的斜率记为：
；
其标幺值为：
；
其中： 、/>分别为有功负荷变化量、额定有功负荷，单位兆瓦；/>、/>分别为频率变化量、额定频率，单位赫兹; />为有功负荷频率调节效应系数，单位赫兹每兆瓦；、/>、/>分别为有功负荷变化量的标幺值、频率变化量的标幺值、有功负荷频率调节效应系数的标幺值。
进一步的，步骤S1中，发电机的功频静态特性曲线中，斜率即为单位调节功率，记为：
；
调差系数为单位调节功率的倒数，所以：
；
则单位调节功率的标么值为：
；
其中：、/>、/>分别为发电机输出功率、发电机输出功率的变化量、发电机的额定功率，单位兆瓦；/>、/>、/>分别为电力***运行频率、电力***频率变化量、电力***额定频率，单位赫兹； />为单位调节功率的标幺值； />为调差系数的标幺值。
进一步的，步骤S1中，正常运行时，发电机组的输出功率特性曲线和负荷的吸收功率特性曲线/>相交于点1，此时对应的频率为/>，功率为/>，即为此时发电机组的输出功率等于负荷吸收的功率，***维持稳定；
当负荷频率扰动为时，则负荷的功率特性曲线平移到/>曲线，由于一次调频只启动发电机组的调速器，此时发电机组的频率特性曲线仍然为曲线/>，则在点2输出与输入功率达到平衡；此时频率为/>，功率为/>；
由此产生的频率差为：
；
发电机增发的功率为：
；
负荷减少的功率为：
；
即两者共同作用平衡负荷增加的功率：
；
其中：为电力***的单位调节功率；
当***中有n台机组参与调频时，将所有发电机组的单位调节功率等值为，此时电力***单位调节功率/>的计算式也如下：
；
其中：为第i台机组的单位调节功率。
进一步的，步骤S2中，为母线的高压侧电压，/>为母线低压侧电压，有载调压变压器的变比为k:1,/>为饱和电抗器的电抗，/>为电解槽的直流电压，/>为流经电解槽的直流电流；则电解铝负荷的输入功率/>为：
，/>；
其中，和/>能够在检测主站中读取，然后通过数据分析采用最小二乘法辨识出电解槽的E和R为一常值；
而对于任意的电解槽可取R=2.016 mΩ，反电动势E=354.6V，则可得：
；
所以，通过调节电解槽的直流电压即可调节电解槽的输入功率；通过调节母线的高压侧电压、有载调压器的变比、饱和电抗器的电抗中的任意一个均可改变电解槽的直流电压/>；
直流电压和母线高压侧电压/>之间的关系：
；
式中： 为电网角频率，一般其波动较小，可认为为常值；
电解铝负荷所接母线高压侧电压为220kV，变比取1000：1，则可得出电解铝负荷的端电压和饱和电抗器电抗/>之间的关系如下：
；
得出电解铝负荷变化量和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系如下：
。
进一步的，步骤S3中，根据步骤S2得出电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗成线性关系，所以电解铝负荷消耗功率的变化量和***频率之间也成线性关系，则电解铝负荷的调差系数记为：
；
其中：为电解铝负荷功率变化量，单位兆瓦；/>为***频率变化量，单位赫兹。
进一步的，步骤S4中，正常状态下，此时温度为953~960℃，在极限状态下℃，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 1，所以此时电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为，最大调节功率为/>。
进一步的，步骤S4中，预警状态下，此时温度为950~953℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 2，所以此时在预警状态电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率。
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>，最大调节功率为/>。
进一步的，步骤S4中，紧急状态下，此时温度为940~950℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 3，所以此时在预警状态电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>+/>，最大调节功率为/>。
进一步的，步骤S5中，包括以下步骤：
步骤S51：在线监测各个电解槽的温度，确定电解槽所处状态；
步骤S52：首先选取处于正常状态的电解铝负荷进行调节，此时调差系数为，然后计算出单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为此时的调节功率为/>；然后在线识别***的不平衡功率/>，若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷只在正常状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤三；
步骤S53：此时电解铝负荷进入预警状态，然后计算单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷只在正常状态和预警状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤四；
步骤S54：此时电解铝负荷进入紧急状态，然后计算单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为计算出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷在正常状态、预警状态和紧急状态均参与电网调频，若/>小于***功率扰动，则进行步骤五；
步骤S55：此时温度低于940℃，电解槽温度过低，电解铝负荷不再参与电网调频，直接闭锁。
相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，相比于传统的通过电价响应电网频率变化，本发明基于电解铝负荷生产工艺详细分析电解铝负荷参与电网调频的可行性，建立了电解铝负荷有功-电压外特性模型；基于电解槽温度，利用分段调差系数法，确定电解铝负荷协调火电机组一次调频策略；精确的刻画了电解铝负荷的有功-电压外特性模型和分段调差系数模型，对于风电功率引起的电网频率持续波动，电解铝负荷能够实时响应，有利于减少弃风弃光现象，充分利用资源，实现可持续发展。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的负荷的频率静态特性曲线；
图2为本发明的图1实施例的发电机的功频静态特性曲线；
图3为本发明的图1实施例的电力***的功频静态特性曲线；
图4为本发明的图1实施例的电解铝负荷等效电路图。
具体实施方式
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
本发明的一个实施例是，该基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，用于实现大电网中的源-网-荷协调联动，增强大电网的风电消纳能力，包括以下步骤：
步骤S1、监测火电机组一次调频特性：一次调频是指当***的频率偏离正常值时，通过自动控制***启动并入电网的发电机组，然后根据***的频率变化，发电机机组自动的增加或者减少输出的功率，负荷与此同时也自动的减少或者增加吸收的功率，共同平抑所产生的不平衡功率，维持电力***的稳定；
步骤S2、分析电解铝负荷功率可调特性：将电解槽等效为一个等效电阻R和反电动势E串联，并通过电解槽的直流电压、流经电解槽的直流电流/>，计算出电解铝负荷的输入功率/>，并得出电解铝负荷变化量/>和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系；
步骤S3、基于电解槽温度的电解铝负荷调差系数优化：根据步骤S2得出的电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗变化量之间的关系，通过调节饱和电抗器的电抗，以调节电解铝负荷的功率，从而平衡***的不平衡功率，维持***频率的稳定，并定义电解铝负荷的变化量为***频率变化量的比值为电解铝负荷的调差系数记为；
步骤S4、基于分段调差系数对单个电解铝负荷进行调控：基于电解槽温度的情况下对电解铝负荷的调差系数进行优化，将其分为了三个状态，分别为：正常状态、预警状态、紧急状态；并在不同状态下，根据相应的调差系数和电网的频率变化，得出相应的电解铝负荷变化量，此时进行一次调频的功率，并计算出此时的最大调节功率；
步骤S5、基于分段调差系数对多个电解铝负荷进行调控：根据步骤S4对单个电解铝负荷参与电网调频时，在调节时间一定，恒功率调解时，每个调控区间的调节功率上限，以对多个电解铝负荷参与电网调频。
具体的，步骤S1中，在进行一次调频时，仅发电机组的调速器动作，是有差调频，其功率平衡关系如下：
负荷的有功频率静态特性中，如图1所示，直线的斜率记为：
；
其标幺值为：
；
其中： 、/>分别为有功负荷变化量、额定有功负荷，单位兆瓦；/>、/>分别为频率变化量、额定频率，单位赫兹; />为有功负荷频率调节效应系数，单位赫兹每兆瓦；、/>、/>分别为有功负荷变化量的标幺值、频率变化量的标幺值、有功负荷频率调节效应系数的标幺值。
具体的，步骤S1中，发电机的功频静态特性曲线中，如图2，斜率即为单位调节功率，记为：
；
调差系数为单位调节功率的倒数，所以：
；
则单位调节功率的标么值为：
；
其中：、/>、/>分别为发电机输出功率、发电机输出功率的变化量、发电机的额定功率，单位兆瓦；/>、/>、/>分别为电力***运行频率、电力***频率变化量、电力***额定频率，单位赫兹； />为单位调节功率的标幺值； />为调差系数的标幺值。
具体的，步骤S1中，在电力***频率变化时负荷的有功频率静态特性和发电机的功频静态特性共同开始作用平衡不平衡功率，将频率稳定在允许范围内。其调频效应功率平衡关系如图3所示：
正常运行时，发电机组的输出功率特性曲线和负荷的吸收功率特性曲线/>相交于点1，此时对应的频率为/>，功率为/>，即为此时发电机组的输出功率等于负荷吸收的功率，***维持稳定；
当负荷频率扰动为时，则负荷的功率特性曲线平移到/>曲线，由于一次调频只启动发电机组的调速器，此时发电机组的频率特性曲线仍然为曲线/>，则在点2输出与输入功率达到平衡；此时频率为/>，功率为/>；
由此产生的频率差为：
；
发电机增发的功率即为图3中AB段：
；
负荷减少的功率即为图3中BC段：
；
即两者共同作用平衡负荷增加的功率：
；
其中：为电力***的单位调节功率；
当***中有n台机组参与调频时，将所有发电机组的单位调节功率等值为，此时电力***单位调节功率/>的计算式也如下：
；
其中：第i台机组的单位调节功率。
由此可得当负荷的扰动功率一定时，参与调频的发电机组越多或者每个机组的单位调节功率越大，一次调频之后的频率偏差越小。由于新能源发电的接入，当发生大功率风电扰动时，一次调频的频率偏差将会超出电力***的正常运行范围，所以迫切需要挖掘新的调频方式来应对电力***的频繁的大功率扰动。
具体的，步骤S2中，为母线的高压侧电压，/>为母线低压侧电压，有载调压变压器的变比为k:1,/>为饱和电抗器的电抗，/>为电解槽的直流电压，/>为流经电解槽的直流电流；则电解铝负荷的输入功率/>为：
；
其中，和/>能够在检测主站中读取，然后通过数据分析采用最小二乘法辨识出电解槽的E和R为一常值；
而对于任意的电解槽可取R=2.016 mΩ，反电动势E=354.6V，则可得：
；
所以，通过调节电解槽的直流电压即可调节电解槽的输入功率；通过调节母线的高压侧电压、有载调压器的变比、饱和电抗器的电抗中的任意一个均可改变电解槽的直流电压/>；
直流电压和母线高压侧电压/>之间的关系：
；
式中： 为电网角频率，一般其波动较小，可认为为常值；
电解铝负荷所接母线高压侧电压为220kV，变比取1000：1，则可得出电解铝负荷的端电压和饱和电抗器电抗/>之间的关系如下：
；
结合式(4.12)和(4.13)可得出电解铝负荷变化量和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系如下：
具体的，电解铝负荷的负荷容量大，当其参与电力***优化调度与实时控制，将显著提高电网的调峰调频和风电消纳能力。传统的调度模式中，电解铝负荷为直流负荷，以恒定功率进行工业生产，并不参与电网的调峰调频。如果从高耗能企业安全生产的角度，这种模式更能保证其稳定生产。但从电网荷-网-源协调优化的全局角度，则浪费了它的调峰调频和风电消纳能力。
本发明基于电解铝负荷的生产工艺建模，考虑功率特性，针对电解铝荷的关键生产环节建立等效电路模型，提炼出相应的有功-电压负荷功率调节数学模型。电解铝的生产主要靠1600A的直流电熔融氧化铝来生产铝。如图4为电解铝的负荷等效电路：将电解槽等效为一个等效电阻R和反电动势E串联， 为母线的高压侧电压， />为母线低压侧电压，有载调压变压器的变比为k:1, />为饱和电抗器的电抗，/>为电解槽的直流电压，/>为流经电解槽的直流电流；由于饱和电抗器电压可以连续调节，且电抗器造价低、调节方便，所以本发明选择通过调节饱和电抗器的电抗来调节电解槽的端电压/>。
具体的，步骤S3中，根据步骤S2得出电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗成线性关系，所以电解铝负荷消耗功率的变化量和***频率之间也成线性关系，则电解铝负荷的调差系数记为：/>
；
其中：为电解铝负荷功率变化量，单位兆瓦；/>为***频率变化量，单位赫兹。
具体的，通常电解铝负荷的调差系数通常取为定值，电解铝负荷通常工作在950~970℃，由于在不同温度下电解槽的状态不同，生产铝的效率和质量不同，产生的经济效益不同。
本实施例中基于电解槽温度的情况下对电解铝负荷的调差系数进行优化，将其分为了三个状态，分别为：正常状态、预警转台、紧急状态；正常状态时，电解槽温度为~/>，一般取953~960℃，此时电解槽为熔融状态，电解过程不受影响，电解铝负荷的产量只与输入功率有关，此时调差系数记为。预警状态时，电解槽温度为/>~/>，一般取950~953℃，此时电解槽中冰晶石的融化受轻微影响，电解铝负荷的产量不仅受输入功率的影响还与冰晶石融化的速度有关，此时调差系数记为/>。紧急状态时，电解槽温度为/>~/>，一般取940~950℃，电解槽温度过低，严重影响电解铝的生产，并且造成铝的质量下降。温度低于/>时，电解过程无法正常进行，电解铝负荷闭锁，不再参与电网调频。
具体的，步骤S4中，正常状态下，此时温度为953~960℃，在极限状态下℃，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 1，所以此时电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为，最大调节功率为/>。
具体的，步骤S4中，预警状态下，此时温度为950~953℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 2，所以此时在预警状态电网的频率变化为/>：/>
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>，最大调节功率为/>。
具体的，步骤S4中，紧急状态下，此时温度为940~950℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 3，所以此时在预警状态电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>+/>，最大调节功率为/>。
具体的，步骤S5中，包括以下步骤：
步骤S51：在线监测各个电解槽的温度，确定电解槽所处状态；
步骤S52：首先选取处于正常状态的电解铝负荷进行调节，此时调差系数为，然后根据式(4.17)、(4.18)、(4.19)计算出单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为此时的调节功率为/>；然后在线识别***的不平衡功率/>，若/>大于***功率扰动，则电解铝负荷只在正常状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤三；/>
步骤S53：此时电解铝负荷进入预警状态，然后根据式(4.20)、(4.21)、(4.22)计算单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷只在正常状态和预警状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤四；
步骤S54：此时电解铝负荷进入紧急状态，然后根据式(4.23)、(4.24)、(4.25)单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为计算出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷在正常状态、预警状态和紧急状态均参与电网调频，若小于***功率扰动/>，则进行步骤五；
步骤S55：此时温度低于940℃，电解槽温度过低，电解铝负荷不再参与电网调频，直接闭锁。
相比于传统的通过电价响应电网频率变化，本发明基于电解铝负荷生产工艺详细分析电解铝负荷参与电网调频的可行性，建立了电解铝负荷有功-电压外特性模型；基于电解槽温度，利用分段调差系数法，确定电解铝负荷协调火电机组一次调频策略；精确的刻画了电解铝负荷的有功-电压外特性模型和分段调差系数模型，对于风电功率引起的电网频率持续波动，电解铝负荷能够实时响应，有利于减少弃风弃光现象，充分利用资源，实现可持续发展。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，用于实现大电网中的源-网-荷协调联动，增强大电网的风电消纳能力，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、监测火电机组一次调频特性：一次调频是指当***的频率偏离正常值时，通过自动控制***启动并入电网的发电机组，然后根据***的频率变化，发电机机组自动的增加或者减少输出的功率，负荷与此同时也自动的减少或者增加吸收的功率，共同平抑所产生的不平衡功率，维持电力***的稳定；
步骤S2、分析电解铝负荷功率可调特性：将电解槽等效为一个等效电阻R和反电动势E串联，并通过电解槽的直流电压、流经电解槽的直流电流/>，计算出电解铝负荷的输入功率/>，并得出电解铝负荷变化量/>和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系；
步骤S3、基于电解槽温度的电解铝负荷调差系数优化：根据步骤S2得出的电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗变化量之间的关系，通过调节饱和电抗器的电抗，以调节电解铝负荷的功率，从而平衡***的不平衡功率，维持***频率的稳定，并定义电解铝负荷的变化量与***频率变化量的比值为电解铝负荷的调差系数记为；
步骤S4、基于分段调差系数对单个电解铝负荷进行调控：基于电解槽温度的情况下对电解铝负荷的调差系数进行优化，将其分为了三个状态，分别为：正常状态、预警状态、紧急状态；并在不同状态下，根据相应的调差系数和电网的频率变化，得出相应的电解铝负荷变化量，此时进行一次调频的功率，并计算出此时的最大调节功率；
步骤S5、基于分段调差系数对多个电解铝负荷进行调控：根据步骤S4对单个电解铝负荷参与电网调频时，在调节时间一定，恒功率调解时，每个调控区间的调节功率上限，以对多个电解铝负荷参与电网调频；
步骤S5中，包括以下步骤：
步骤S51：在线监测各个电解槽的温度，确定电解槽所处状态；
步骤S52：首先选取处于正常状态的电解铝负荷进行调节，此时调差系数为，然后计算出单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为此时的调节功率为/>；然后在线识别***的不平衡功率/>，若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷只在正常状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤三；
步骤S53：此时电解铝负荷进入预警状态，然后计算单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷只在正常状态和预警状态参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤四；
步骤S54：此时电解铝负荷进入紧急状态，然后计算单个电解铝负荷的调节功率，并将其叠加即为计算出此时的调节功率为；若/>大于***功率扰动/>，则电解铝负荷在正常状态、预警状态和紧急状态均参与电网调频，若/>小于***功率扰动/>，则进行步骤五；
步骤S55：此时温度低于940℃，电解槽温度过低，电解铝负荷不再参与电网调频，直接闭锁。
2.根据权利要求1所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S1中，在进行一次调频时，仅发电机组的调速器动作，是有差调频，其功率平衡关系如下：
负荷的有功频率静态特性中，直线的斜率记为：
；
其标幺值为：；
其中： 、/>分别为有功负荷变化量、额定有功负荷，单位兆瓦；/>、/>分别为频率变化量、额定频率，单位赫兹; />为有功负荷频率调节效应系数，单位赫兹每兆瓦；/>、、/>分别为有功负荷变化量的标幺值、频率变化量的标幺值、有功负荷频率调节效应系数的标幺值。
3.根据权利要求2所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S1中，发电机的功频静态特性曲线中，斜率即为单位调节功率，记为：
；
调差系数为单位调节功率的倒数，所以：
；
则单位调节功率的标么值为：
；
其中：、/>、/>分别为发电机输出功率、发电机输出功率的变化量、发电机的额定功率，单位兆瓦；/>、/>、/>分别为电力***运行频率、电力***频率变化量、电力***额定频率，单位赫兹；/>为单位调节功率的标幺值； />为调差系数的标幺值。
4.根据权利要求3所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S1中，正常运行时，发电机组的输出功率特性曲线和负荷的吸收功率特性曲线/>相交于点1，此时对应的频率为/>，功率为/>，即为此时发电机组的输出功率等于负荷吸收的功率，***维持稳定；
当负荷频率扰动为时，则负荷的功率特性曲线平移到/>曲线，由于一次调频只启动发电机组的调速器，此时发电机组的频率特性曲线仍然为曲线/>，则在点2输出与输入功率达到平衡；此时频率为/>，功率为/>；
由此产生的频率差为：
；
发电机增发的功率为：
；
负荷减少的功率为：
；
即两者共同作用平衡负荷增加的功率：
；
其中：为电力***的单位调节功率；
当***中有n台机组参与调频时，将所有发电机组的单位调节功率等值为，此时电力***单位调节功率/>的计算式也如下：
；
其中：为第i台机组的单位调节功率。
5.根据权利要求1所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S2中，为母线的高压侧电压，/>为母线低压侧电压，有载调压变压器的变比为k:1,/>为饱和电抗器的电抗，/>为电解槽的直流电压，/>为流经电解槽的直流电流；则电解铝负荷的输入功率/>为：
；
其中，和/>能够在检测主站中读取，然后通过数据分析采用最小二乘法辨识出电解槽的E和R为一常值；
而对于任意的电解槽可取R=2.016 mΩ，反电动势E=354.6V，则可得：
；
所以，通过调节电解槽的直流电压即可调节电解槽的输入功率；通过调节母线的高压侧电压、有载调压器的变比、饱和电抗器的电抗中的任意一个均可改变电解槽的直流电压/>；
直流电压和母线高压侧电压/>之间的关系：
；
式中： 为电网角频率，一般其波动较小，可认为为常值；
电解铝负荷所接母线高压侧电压为220kV，变比取1000：1，则可得出电解铝负荷的端电压和饱和电抗器电抗/>之间的关系如下：
；
得出电解铝负荷变化量和饱和电抗器电抗变化量/>之间的关系如下：
。
6.根据权利要求5所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S3中，根据步骤S2得出电解铝负荷的输入功率和饱和电抗器的电抗成线性关系，所以电解铝负荷消耗功率的变化量和***频率之间也成线性关系，则电解铝负荷的调差系数记为：
；
其中：为电解铝负荷功率变化量，单位兆瓦；/>为***频率变化量，单位赫兹。
7.根据权利要求1所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S4中，正常状态下，此时温度为953~960℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 1，所以此时电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为，最大调节功率为/>。
8.根据权利要求7所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S4中，预警状态下，此时温度为950~953℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 2，所以此时在预警状态电网的频率变化为：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>，最大调节功率为/>。
9.根据权利要求8所述的基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法，其特征在于，步骤S4中，紧急状态下，此时温度为940~950℃，在极限状态下，当调节时间一定时，并且恒功率调节时，此时调差系数为D 3，所以此时在预警状态电网的频率变化为/>：
；
则此时进行一次调频的功率：
；
其中：为电力***单位调节功率；
所以此时的最大调节功率为：
；
即此时状态下电网的频率偏差为+/>+/>，最大调节功率为/>。
CN202310984356.2A 2023-08-07 2023-08-07 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法 Active CN116706943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310984356.2A CN116706943B (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310984356.2A CN116706943B (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116706943A CN116706943A (zh) 2023-09-05
CN116706943B true CN116706943B (zh) 2023-10-24

Family

ID=87831582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310984356.2A Active CN116706943B (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116706943B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117394354B (zh) * 2023-12-11 2024-04-09 杭州利沃得电源有限公司 一种逆变器的均流方法、装置、逆变***和存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003008489A2 (en) * 2001-07-16 2003-01-30 Macdermid, Incorporated Composition and process for inhibiting corrosion of metallic substrates
CN103510124A (zh) * 2012-06-15 2014-01-15 沈阳铝镁设计研究院有限公司 一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制***及装置
KR20140136218A (ko) * 2013-05-20 2014-11-28 한국제이씨씨(주) 미 에칭부를 갖는 고출력용 이차전지 및 전기이중층용 고순도 집전체의 표면코팅방법
CN104485670A (zh) * 2014-12-31 2015-04-01 武汉大学 孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法
CN104779617A (zh) * 2015-04-29 2015-07-15 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 电解铝供电***中电解铝负荷参与调频的方法
CN111864768A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 山东大学 一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及***
CN116131292A (zh) * 2023-04-17 2023-05-16 武汉大学 基于电解铝和多晶硅协同配合的电网调频方法及***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3739711A1 (de) * 2019-05-13 2020-11-18 TRIMET Aluminium SE Mehrkanal-prl: verfahren und system zum erbringen einer regelleistung zum regeln einer netzfrequenz eines stromnetzes sowie stromnetz

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003008489A2 (en) * 2001-07-16 2003-01-30 Macdermid, Incorporated Composition and process for inhibiting corrosion of metallic substrates
CN103510124A (zh) * 2012-06-15 2014-01-15 沈阳铝镁设计研究院有限公司 一种自动调节电解铝直流负荷的微电网控制***及装置
KR20140136218A (ko) * 2013-05-20 2014-11-28 한국제이씨씨(주) 미 에칭부를 갖는 고출력용 이차전지 및 전기이중층용 고순도 집전체의 표면코팅방법
CN104485670A (zh) * 2014-12-31 2015-04-01 武汉大学 孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法
CN104779617A (zh) * 2015-04-29 2015-07-15 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 电解铝供电***中电解铝负荷参与调频的方法
CN111864768A (zh) * 2020-07-22 2020-10-30 山东大学 一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及***
CN116131292A (zh) * 2023-04-17 2023-05-16 武汉大学 基于电解铝和多晶硅协同配合的电网调频方法及***

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Response analysis of saturable reactors and tap changer in an aluminium smelting plant;Ashish P. Agalgaonkar;《2009 International Conference on Power Systems》;全文 *
基于电解铝负荷调节的含高渗透率风电孤立电网频率控制策略;陈元峰;徐箭;范传光;王辉;杨俊;陈习伟;唐畅;;《电力建设》(第3期);全文 *
电解铝企业孤网运行频率的稳定控制策略研究;祁志远;肖仕武;李飞;;《华北电力大学学报(自然科学版)》(第1期);全文 *
考虑静态电压稳定约束的电解铝参与电网频率稳定控制方法;廖思阳;《中国电机工程学报》;第42卷(第18期);全文 *
风-铝联合***协同频率控制策略研究;骆钊;《电机与控制应用》;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116706943A (zh) 2023-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Coordinated distributed MPC for load frequency control of power system with wind farms
US11095127B2 (en) Method for real-time scheduling of multi-energy complementary micro-grids based on rollout algorithm
CN107317345B (zh) 一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法
Li et al. Control of a solid oxide fuel cell power plant in a grid-connected system
CN102761133B (zh) 基于模糊控制的微网电池储能***调频控制方法
CN110880772B (zh) 一种基于工业园区负荷聚合的售电公司响应电网控制方法
CN105048518B (zh) 一种光伏参与孤立电网调频的控制方法
Jia et al. Distributed economic model predictive control for a wind–photovoltaic–battery microgrid power system
CN116706943B (zh) 一种基于分段调差系数的多个电解铝负荷协调控制方法
CN103346577A (zh) 降低风电场功率损耗的风电场avc无功控制***及方法
CN109088433B (zh) 一种主动参与电力辅助服务的光伏电站优化控制方法
CN112993987A (zh) 一种有功可调节容量协同的电解铝负荷协调电网控制方法
CN114389272A (zh) 一种应用于风光储新能源电站的多模式协调控制方法
CN215830636U (zh) 一种离网型风力发电***
CN108023367A (zh) 一种含光热发电的混合电力***负荷频率控制方法
CN112332421A (zh) 基于自适应下垂控制的光伏电站参与电网电压调节方法
CN110611332B (zh) 一种海上风电***储能装置及其控制方法
CN106329574A (zh) 一种基于辐照度变化的光伏电站无功电压控制方法
Xing et al. Maximum production point tracking of a high-temperature power-to-gas system: A dynamic-model-based study
CN112780495A (zh) 一种离网型风力发电***和方法
CN115149552B (zh) 一种交流耦合离网风电制氢***控制方法
CN113258589B (zh) 基于生产运行的储能与电解铝负荷聚合调频方法及装置
CN108258730B (zh) 一种电网协调调度下的弃风供暖***及方法
Chen et al. Research on the method of electrolytic aluminum load participating in the frequency control of power grid
Negesh et al. Optimized PI Controller Based Reboost Luo Converter for Micro Grid Application.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant