[發明專利]一種考慮調差系數靈敏度與頻率約束的機組組合方法

有效

• 申請號: 202211333212.2
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115986766B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 曹斌;辛煥海;畢天姝;蘇珂;胥國毅
• 申請（專利權）人: 浙江大學;內蒙古電力（集團）有限責任公司內蒙古電力科學研究院分公司;華北電力大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/46;H02J3/40;H02J3/00
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 李志強

1.一種考慮調差系數靈敏度與頻率約束的機組組合方法，其特征在于，步驟如下：

S1、基于多機系統網架結構、運行方式與負荷預測，制定預想事故集，針對事故集中擾動情況進行仿真分析，計算各同步機組的調差系數靈敏度大小，得到靈敏度排序；

調差系數R是表征同步機組調頻能力的重要參數，其大小反應了系統頻率變化后機組對有功功率的支撐能力，其與頻率偏差Δf的關系如下：

其中：f_N為系統基頻；ΔP為系統功率擾動；P_GN為額定功率；

設系統中共有n個發電機節點，第i臺發電機的調差系數靈敏度S_Ri可表示為：

其中：S_Ri為第i臺發電機的調差系數靈敏度，表示調整調差系數所引起的系統最大頻率偏差的相對變化，在一定程度上可以反映該發電機對于系統頻率支撐能力；i＝1，2，…，n，Δf_max(R₀)為系統中出現的最大頻率偏差；ΔR_i為第i臺發電機的調差系數攝動量；Δfmax(R₀+ΔR_i)為第i臺發電機調差系數調整后系統中出現的最大頻率偏差；R₀為調差系數初始值；u_i,t-1為第i臺發電機在t-1時刻的運行狀態；

S2、將靈敏度排序作為目標函數加入到機組組合模型中，建立考慮調差系數靈敏度與頻率約束的多目標機組組合優化模型，目標函數為：

其中：f₁為發電成本；n為發電機總數；T為調度周期數；P_it為第i臺發電機在t時刻的出力；a_i、b_i和c_i為第i臺發電機的發電成本系數；u_it為第i臺發電機在t時刻的運行狀態；B_i為第i臺發電機的開機成本；f₂為靈敏度之和的倒數；

考慮的機組組合包括常規約束條件和頻率約束條件；

常規機組組合約束條件如下：

功率平衡約束，在任何時刻下，系統中所有開機狀態下的機組總發電量必須與總負荷需求量平衡，如下：

其中：P_wt為t時刻風機出力；P_Lt為t時刻總負荷需求量；

機組出力約束，如下：

P_i,min≤P_it≤P_i,max；

其中：P_i,min為第i臺發電機出力下限，P_i,max為第i臺發電機出力上限；

系統備用約束，為保證系統的安全穩定運行，機組應提供一定的備用容量，如下：

其中：λ為備用系數；

機組爬坡約束，如下：

-D_i,down≤P_it-P_i,t-1≤D_i，up；

其中：D_i,down和D_i，up分別為第i臺發電機出力下降和上升的最大限值；

最小開停機時間約束，要求機組在開機或停機一段時間之后才可再次停機或開機，如下：

其中：X_Sit和X_Oit分別表示第i臺發電機連續停機、開機小時數；T_Si和T_Oi分別表示第i臺發電機最小停機、開機小時數；

風機出力約束，如下：

0≤P_wt≤P_Wt,f；

其中：P_Wt,f為t時刻風機預測出力；

考慮頻率安全約束過程如下：

保留各同步機調速系統參數差異，采用多機系統ASF模型推導最大頻率偏差的表達式，

從而構建頻率安全約束；可得：

其中：ΔP_L表示為功率擾動；K_i為第i臺發電機的機械功率增益因子；F_i為第i臺發電機的高壓渦輪功率系數；T_i為第i臺發電機的調速器時間常數；s為拉普拉斯算子；R_i為第i臺發電機的靜態調差系數；D為負荷阻尼系數；H_eq表示系統等值慣性時間常數；

建立風電場等效模型，考慮風機的虛擬慣量控制，得到系統H_eq的表達式如下：

其中，H_gi為第i臺同步機的慣性時間常數；S_Bi為第i臺同步發電機的額定容量；H_W為等效

風電場的虛擬慣性時間常數；S_W為等效風電場容量；

由于不同機組的調速器時間常數T_i在允許范圍內對系統頻率偏差的影響很小，因此將

前其中T_i全部替換為統一的值T_eq，如下：

其中，F為發電機的高壓渦輪功率系數；

當系統發生負荷突增等擾動時，可以將其看作階躍響應：

△P_L(t)為時域下的功率擾動；

△P_L(s)為頻域下的功率擾動；

進而可得到頻率偏差的頻域表達式為：

其中：ω_n為自然頻率；ξ為阻尼比，R_eq為等值靜態調差系數；

其表達式如下：

其中：F_eq為等值高壓渦輪功率系數；

進而可以得到頻率偏差Δf的時域表達式，對其求導，令dΔf(t)/dt＝0，可求得頻率到達最低點的時間t_m，從而得到最大頻率偏差的時域表達式：

其中：T_eq為等值調速器時間常數，θ為偏角；

由此可以構建頻率安全約束如下：

f_c1≥f_N+f_NΔf_max≥f_c2；

其中，f_c1、f_c1分別為頻率上下限值；

S3、采用快速非支配多目標優化算法NSGA-II進行模型求解，整定同步機開機順序，制定針對性機組組合方案。