一种基于电力运行数据的电场一次调频调节系统及方法与流程

本发明涉及供电系统调频的，具体为一种基于电力运行数据的电场一次调频调节系统及方法。

背景技术：

1、在电网实际运行中，当电力系统中有功消耗与供给不匹配时，通常可以通过发电机组调节系统的一次调频功能修正电网频率的波动。传统的一次调频由火电、水电机组利用惯性和阻尼来实现，以此来维持系统频率的平衡。近年来，越来越多的风电场、光伏电站投产并网，新能源场站装机容量在电网装机容量中占比在不断增加，系统总转动惯量相对下降，直接影响到系统的快速频率响应速度，为电网的稳定运行带来巨大挑战。新能源电站一次调频可以确保电网安全、稳定、经济的运行，优化电网的恒频恒压状态，确保安全稳定的前提下实现有功最大化。其中一次调频是对于负荷变化幅度小，变化周期短所引起的频率偏移，一次调频系统需要在电网频率偏离额定值时，调节本地机组有功功率，从而限制电网频率变化，支撑电网频率维持稳定。在风电场内，一次调频系统对机组的控制，需要通过与风机能量管理平台通信来实现。一次调频系统通过控制策略计算出机组有功指令，并将风机能量管理平台下属所有机组的总有功指令下发到能管平台，能管平台再负责将总指令具体分配到各单台机组。在此过程中，能管平台能否依据自身策略设置合理并精确的分配指令、机组能否精确响应能管平台的有功指令，这2个环节都会影响到机组有功的实际控制效果。现有的一次调频系统一般是通过人工配置参数的形式和采用pid控制算法来执行风电场的一次调频调节作业效果不佳，现有的风电场的一次调频作业不能精准筛选调频风电机组对象，也不能科学分析出调频风电机组对象调频线路的功率损耗，降低了风电场一次调频精度。

2、公开号为cn112003299a的中国发明专利申请公开了一种电力系统的一次调频协调控制方法及系统，包括：对电力系统进行切机或切负荷处理，并获取切机或切负荷处理后电力系统的电网频率偏差量；当电网频率偏差量大于电力系统中相应类发电机组的一次调频死区时，则选择相应类发电机组作为参与电力系统一次调频的发电机组；利用参与电力系统一次调频的发电机组对电力系统进行一次调频；本发明提供的技术方案有利于电力系统频率在扰动后能够快速恢复，保证了电力系统的安全稳定运行，以上技术方案不能精准筛选出风发电机组的调频风电机组对象，也不能科学分析出调频风电机组对象调频线路的功率损耗，降低了电力系统一次调频精度。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、为解决上述现有的风电场的一次调频作业不能精准筛选调频风电机组对象，也不能科学分析出调频风电机组对象调频线路的功率损耗，降低了风电场一次调频精度的问题，实现以上精确识别电网供电频率异常状态、精准计量电网供电有功功率差异量、科学匹配调频风电机组对象、准确分析调频线路无功功率损耗、精准计量一次调频有功功率调节量的目的。

3、(二)技术方案

4、本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于电力运行数据的电场一次调频调节方法，所述方法包括如下步骤：

5、s1、采集电网供电有功功率供给量数据和电网供电有功功率消耗量数据；

6、s2、依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据进行电网供电频率异常状态识别，构建出电网供电频率异常状态识别结果数据，为正常状态时，结束操作指令；

7、s3、为异常状态时，依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据计量出电网供电有功功率差异量数据；

8、s4、依据所述电网供电有功功率差异量数据与不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据进行电网供电调频风电机组筛选，生成电网供电调频风电机组对象数据；

9、s5、依据所述电网供电调频风电机组对象数据与不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据进行电网供电调频线路无功功率损耗分析，生成电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗量数据；

10、s6、计量并获取风电机组对象调频总有功功率调节量数据执行风电场电网一次调频调节作业。

11、优选的，所述采集电网供电有功功率供给量数据和电网供电有功功率消耗量数据的操作步骤如下：

12、s11、通过风电场电力管理平台在线采集风电场的供电线路中的有功功率供给量并生成电网供电有功功率供给量数据pru，pru的单位为千瓦；

13、通过风电场电力管理平台在线采集风电场的供电线路中的有功功率在负载端的消耗量并生成电网供电有功功率消耗量数据pchu，pchu的单位为千瓦。

14、本发明通过风电场电力管理平台在线精准采集电网供电线路中的有功功率供给量和消耗量，为自主精确识别电网供电频率异常状态提供数据支撑，达到为自主精确识别电网供电频率异常状态提供数据支撑的效果。

15、优选的，依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据进行电网供电频率异常状态识别，构建出电网供电频率异常状态识别结果数据，为正常状态时，结束操作指令的操作步骤如下：

16、s21、获取所述电网供电有功功率供给量数据pru和所述电网供电有功功率消耗量数据pchu；

17、s22、将所述电网供电有功功率供给量数据pru和所述电网供电有功功率消耗量数据pchu进行电网供电有功功率的数值大小比较，依据电网供电有功功率的数值大小比较结果构建出电网供电频率异常状态识别结果数据pjieguo；

18、当pru＞pchu，表示电网供电有功功率在风电场的供给量大于电网供电有功功率在负载端的消耗量，此时电网供电频率处于异常状态，则输出电网供电频率异常状态识别结果数据pjieguo为异常状态；

19、当pru＜pchu，表示电网供电有功功率在风电场的供给量小于电网供电有功功率在负载端的消耗量，此时电网供电频率处于异常状态，则输出电网供电频率异常状态识别结果数据pjieguo为异常状态；

20、当pru＝pchu，表示电网供电有功功率在风电场的供给量等于电网供电有功功率在负载端的消耗量，此时电网供电频率处于正常状态，则输出电网供电频率异常状态识别结果数据pjieguo为正常状态，结束操作指令。

21、本发明通过电网供电有功功率供给量参数和电网供电有功功率消耗量参数结合数值分析，科学分析出电网供电线路中有功功率供给和消耗是否满足频率正常状态，达到实现基于电力运行参数智能判断出电网供电频率异常状态的效果。

22、优选的，所述为异常状态时，依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据计量出电网供电有功功率差异量数据的操作步骤如下：

23、s31、当所述电网供电频率异常状态识别结果数据pjieguo为异常状态时，将所述电网供电有功功率供给量数据pru与所述电网供电有功功率消耗量数据pchu进行数值作差处理，计量出电网供电有功功率差异量数据δp，δp＝pru-pchu，δp的单位为千瓦。

24、本发明通过数值方法精准统计出电网供电频率异常状态的有功功率差异量，达到实现频率异常状态下电网供电线路中有功功率供给和消耗差异量的精确统计的效果。

25、优选的，依据所述电网供电有功功率差异量数据与不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据进行电网供电调频风电机组筛选，生成电网供电调频风电机组对象数据的操作步骤如下：

26、s41、建立不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合其中ao表示第o个调频风电机组对象，ao表示调频风电机组对象ao对应的有功功率调节区间，ao＝[po1,po2]，其中po1表示有功功率调节区间ao中的有功功率的最小值，po2表示有功功率调节区间ao中的有功功率的最大值，po1和po2的单位均为千瓦，ε表示调频风电机组对象数量的最大值，↓表示ao和ao按照调频风电机组对象编号的对应关系，所述不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据表示风电场中不同调频风电机组对象对供电电网一次调频作业中有功功率调节区间范围；

27、s42、采用数据识别算法将所述电网供电有功功率差异量数据δp与所述不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a中调频风电机组对象ao按照有功功率调节区间ao内部的有功功率进行数值匹配，搜索出所述电网供电有功功率差异量数据δp对应的调频风电机组对象ao，执行搜索出所述电网供电有功功率差异量数据δp对应的所述调频风电机组对象ao的具体操作步骤如下：

28、s421、初始化，设在ε维的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中，风电机组搜索猎豹初始化位置描述为：

29、其中fi,j表示第i头风电机组搜索猎豹在维度为j的搜索空间中的位置，即第i头风电机组搜索猎豹在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置，l、分别为第j维搜索空间上限值、下限值，rand为取值(0,1)区间内的随机数，r表示最大迭代次数；

30、s422、执行搜索策略搜索猎物，风电机组搜索猎豹在其领地或周围区域进行全范围扫描或主动搜索猎物，即风电机组搜索猎豹在不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中搜索出电网供电有功功率差异量数据δp对应的调频风电机组对象ao；搜索策略数学描述为其中表示执行搜索策略搜索猎物阶段第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置；表示执行搜索策略搜索猎物阶段第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置，为第i头风电机组搜索猎豹在维度为j的搜索空间中呈正态分布的随机数，为第i头风电机组搜索猎豹第r迭代后在维度为j的搜索空间中的搜索步长；

31、s423、执行搜索猎物使用坐等策略，在搜索模式下，猎物暴露在风电机组搜索猎豹视野中，即在不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中搜索出电网供电有功功率差异量数据δp对应的调频风电机组对象ao，风电机组搜索猎豹的每一个动作都导致猎物逃跑，风电机组搜索猎豹采取坐等伏击策略，以接近猎物，所述坐等伏击策略包括躺在地上或躲进灌木丛，坐等策略数学描述为其中表示执行搜索猎物使用坐等策略阶段第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置；表示执行搜索猎物使用坐等策略阶段第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置；

32、s424、执行坐等策略接近猎物对猎物按照攻击策略攻击，算法中每头风电机组搜索猎豹根据逃跑猎物、领头风电机组搜索猎豹或附近风电机组搜索猎豹的位置来调整自己的位置，以获得最佳攻击位置，即在不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中搜索出电网供电有功功率差异量数据δp对应的调频风电机组对象ao，攻击策略数学描述为其中表示对猎物按照攻击策略攻击阶段第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r+1次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置；表示对猎物按照攻击策略攻击阶段第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为j的搜索空间中的位置，即在第i头风电机组搜索猎豹第r次迭代后在维度为ε的不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据集合a搜索空间中的位置；ψi,j表示第i头风电机组搜索猎豹在维度为j的搜索空间中的转向因子；为第i头风电机组搜索猎豹第r迭代在维度为j的搜索空间中的交互因子；

33、s425、执行s422、s423、s424直至满足最大迭代次数，输出与电网供电有功功率差异量数据δp对应的调频风电机组对象ao；

34、s43、将s425步骤中的输出与所述电网供电有功功率差异量数据δp对应的所述调频风电机组对象ao标识生成电网供电调频风电机组对象数据ap。

35、本发明通过科学预设不同有功功率调节区间调频风电机组对象参数结合猎豹优化算法与电网供电有功功率差异量参数进行有功功率调节数值匹配出风电场中用于电网供电调频的风电机组对象，达到精确筛选出风电场中用于电网供电调频的风电机组对象的效果。

36、优选的，依据所述电网供电调频风电机组对象数据与不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据进行电网供电调频线路无功功率损耗分析，生成电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗量数据的操作步骤如下：

37、s51、建立不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据集合其中bo表示调频风电机组对象ao对应的不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据，↓表示ao和bo按照调频风电机组对象编号的对应关系，所述不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据表示风电场中不同调频风电机组对象对供电电网一次调频作业中有功功率从风电机组经过线路传输到供电电网中的无功功率损耗量数据；

38、s52、采用k-d树最邻近搜索算法依据所述电网供电调频风电机组对象数据ap与所述不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据集合b中不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据bo按照风电机组对象编号搜索出所述电网供电调频风电机组对象数据ap对应的不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据bo并标识生成电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗量数据bp。

39、本发明通过科学存储不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量参数结合k-d树最邻近搜索算法与电网供电调频风电机组对象参数按照调频风电机组对象编号匹配，精准分析出不同调频风电机组对象执行一次调频作业的调频线路无功功率损耗量，达到提高风电场一次调频调节作业的精度的效果。

40、优选的，所述计量并获取风电机组对象调频总有功功率调节量数据执行风电场电网一次调频调节作业的操作步骤如下：

41、s61、获取所述电网供电有功功率差异量数据δp和所述电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗量数据bp；

42、s62、依据所述电网供电有功功率差异量数据δp和所述电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗量数据bp计量出风电机组对象调频总有功功率调节量数据c＝-δp+bp，-δp表示电网供电有功功率差异量数据δp的正负与风电机组对象调频总有功功率调节量数据c的正负相反，c的单位为千瓦；

43、s63、当δp＞0，表示电网供电有功功率在风电场的供给量大于电网供电有功功率在负载端的消耗量，需要减少风电场中调频风电机组的有功功率，则风电场电力管理平台获取所述风电机组对象调频总有功功率调节量数据c控制所述电网供电调频风电机组对象数据ap对应的电网供电调频风电机组对象执行风电场电网一次调频调节作业；

44、当δp＜0，表示电网供电有功功率在风电场的供给量小于电网供电有功功率在负载端的消耗量，需要增加风电场中调频风电机组的有功功率，则风电场电力管理平台获取所述风电机组对象调频总有功功率调节量数据c控制所述电网供电调频风电机组对象数据ap对应的电网供电调频风电机组对象执行风电场电网一次调频调节作业。

45、当δp＝0，表示正常状态，不需要执行功率调整。

46、本发明通过自主、高效统计出风电机组对象调频总有功功率调节量参数并科学高效控制调频风电机组执行风电场电网一次调频调节作业，达到风电场一次调频作业调频风电机组总有功功率调节参数精确统计和风电场供电电网频率异常状态的精确高效调频响应处理的效果。

47、一种基于电力运行数据的电场一次调频调节系统，用于实现所述一种基于电力运行数据的电场一次调频调节方法所述系统包括电网供电频率异常识别模块、一次调频调节参数分析模块、一次调频调节作业调控模块；

48、所述电网供电频率异常识别模块包括电网供电有功功率供给量采集单元、电网供电有功功率消耗量采集单元、电网供电频率异常状态识别单元、电网供电有功功率差异量计量单元；

49、所述电网供电有功功率供给量采集单元，通过风电场电力管理平台采集电网供电有功功率供给量数据；所述电网供电有功功率消耗量采集单元，通过风电场电力管理平台采集电网供电有功功率消耗量数据；所述电网供电频率异常状态识别单元，依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据进行电网供电频率异常状态识别，构建出电网供电频率异常状态识别结果数据；所述电网供电有功功率差异量计量单元，依据所述电网供电有功功率供给量数据和所述电网供电有功功率消耗量数据计量出电网供电有功功率差异量数据；

50、所述一次调频调节参数分析模块包括不同有功功率区间调频风电机组对象存储单元、电网供电调频风电机组对象筛选单元、不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量存储单元、调频线路无功功率损耗量分析单元、风电机组调频总有功功率调节量统计单元；

51、所述不同有功功率区间调频风电机组对象存储单元，用于存储不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据；所述电网供电调频风电机组对象筛选单元，依据所述电网供电有功功率差异量数据与不同有功功率调节区间调频风电机组对象数据进行电网供电调频风电机组筛选，生成电网供电调频风电机组对象数据；所述不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量存储单元，用于存储不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据；所述调频线路无功功率损耗量分析单元，依据所述电网供电调频风电机组对象数据与不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量数据进行电网供电调频线路无功功率损耗分析，生成电网供电风电机组对象调频线路无功功率损耗；所述风电机组调频总有功功率调节量统计单元，计量风电机组对象调频总有功功率调节量数据；

52、所述一次调频调节作业调控模块包括风电机组调频总有功功率调节量获取单元、风电场一次调频调节作业控制单元；

53、所述风电机组调频总有功功率调节量获取单元，用于获取风电机组对象调频总有功功率调节量数据；所述风电场一次调频调节作业控制单元，依据风电机组对象调频总有功功率调节量数据执行风电场电网一次调频调节作业。

54、(三)有益效果

55、本发明提供了一种基于电力运行数据的电场一次调频调节系统及方法。具备以下有益效果：

56、一、通过电网供电有功功率供给量采集单元和电网供电有功功率消耗量采集单元相互配合，采用风电场电力管理平台在线精准采集电网供电线路中的有功功率供给量和消耗量，为自主精确识别电网供电频率异常状态提供数据支撑；电网供电频率异常状态识别单元，依据电网供电有功功率供给量参数和电网供电有功功率消耗量参数结合数值分析，科学分析出电网供电线路中有功功率供给和消耗是否满足频率正常状态，从而实现基于电力运行参数智能判断出电网供电频率异常状态；电网供电有功功率差异量计量单元，采用数值方法精准统计出电网供电频率异常状态的有功功率差异量，实现频率异常状态下电网供电线路中有功功率供给和消耗差异量的精确统计，提高了风电场电网运行状态数字化管理。

57、二、通过不同有功功率区间调频风电机组对象存储单元和电网供电调频风电机组对象筛选单元相互配合，科学预设不同有功功率调节区间调频风电机组对象参数结合智能识别算法与电网供电有功功率差异量参数进行有功功率调节数值匹配，精确筛选出风电场中用于电网供电调频的风电机组对象，提高了一次调频调节的作业的效率和质量；不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量存储单元和调频线路无功功率损耗量分析单元相互配合，科学存储不同调频风电机组对象对应调频线路无功功率损耗量参数结合智能搜索算法与电网供电调频风电机组对象参数按照调频风电机组对象编号匹配，精准分析出不同调频风电机组对象执行一次调频作业的调频线路无功功率损耗量，提高了风电场一次调频调节作业的精度，提高风电场供电电网运行的稳定性；风电机组调频总有功功率调节量统计单元，自主、高效统计出风电机组对象调频总有功功率调节量参数，实现风电场一次调频作业调频风电机组总有功功率调节参数精确统计。

58、三、通过风电机组调频总有功功率调节量获取单元和风电场一次调频调节作业控制单元相互配合，准确获取风电机组对象调频总有功功率调节量参数结合风电场电力管理平台科学高效控制调频风电机组执行风电场电网一次调频调节作业，实现风电场供电电网频率异常状态的精确高效调频响应处理。