面向全工况快速调节的水电AGC并行计算与辅助决策方法及系统与流程

本发明涉及电力系统自动发电控制，具体而言，涉及一种面向全工况快速调节的水电agc并行计算与辅助决策方法及系统。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设的深入推进，风电、光伏等间歇性新能源大规模接入电网，电网抗扰动能力降低、频率控制难度显著加大，对承担调峰任务的水电机组调节性能提出了更高要求。自动发电控制（automatic generation control, agc）作为电网频率控制的重要手段，负责根据电网调度指令实时确定机组负荷分配方案，使风电场或水电厂在规定的出力调整范围内按一定调节速率实时调整发电出力；一次调频（primary frequencycontrol, pfr）则是当电网频率偏离目标频率时，通过控制系统的自动反应快速调整有功功率以限制电网频率变化。目前，水电机组普遍同时配置agc与一次调频功能，两者共同作用于机组有功功率的调节。然而，agc与一次调频在控制目标、响应速度、调节周期等方面存在本质差异：一次调频要求在毫秒至秒级时间内快速响应频率偏差，属于快速局部闭环调节；agc则是在秒级至分钟级时间尺度上跟踪调度计划值，属于慢速全局开环/闭环调节。由于两者均需通过调速系统调节机组出力，当同时作用时，极易产生控制指令的耦合与冲突。

2、为实现agc与一次调频的协调配合，现有技术中普遍采用“直接叠加”或“正向叠加、反向闭锁”等策略，即在监控系统侧计算一次调频动作对应的有功功率，与agc/人工功率给定值进行数学叠加后共同作用于机组。

3、然而，上述协调策略在实际应用中仍存在以下主要缺陷：

4、其一，由于水电机组调速器有功调节目标值为一次调频给定值与监控系统agc给定值的叠加，当一次调频动作时若agc同时下发大幅阶跃指令，两者叠加后容易造成机组过负荷，严重时影响机组安全稳定运行；

5、其二，在功率调节模式下，一次调频与agc共用同一组pid参数，降低一次调频调节速率的同时也会降低agc调节速率，导致agc调节速率难以满足电网考核要求；

6、其三，现有协调策略受制于调节优先级、调节方向、调节速率、功率闭环等多重因素的相互制约，特别是在电网异步联网运行后系统频率波动加剧、机组agc与一次调频动作频次显著增加的情况下，两者不协调的矛盾更加突出。

7、此外，现有水电agc负荷分配策略普遍采用负荷等比例分配并考虑规避振动区的方式，该方法虽然简单可靠，但无法实现全工况下的快速响应与最优控制。随着新型电力系统对水电机组快速调节和全工况自适应能力要求的不断提升，如何在保证电网频率稳定的前提下，实现agc与一次调频的高效协同、兼顾快速调节与系统阻尼、并适应不同水头和开度等复杂工况变化，已成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向全工况快速调节的水电agc并行计算与辅助决策方法及系统，旨在解决现有水电机组agc与一次调频协调配合中存在的控制指令冲突、调节速率相互制约，以及无法在全工况下实现快速响应与最优控制的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种面向全工况快速调节的水电agc并行计算与辅助决策方法，包括以下步骤：

4、实时采集电网频率、机组当前有功出力、agc调度指令和调速系统运行参数，作为计算输入量；

5、基于采集的电网频率计算一次调频有功调节指令，并基于采集的agc调度指令与机组当前有功出力计算agc有功调节指令，两路有功调节指令的计算过程时域同步、并行执行且互不耦合；

6、根据调速系统运行参数与机组当前负荷区间，构建全工况协调判据，对两路并行输出的有功调节指令进行调节方向一致性校验与调节裕度校验，识别控制冲突场景；

7、若判定无控制冲突，按预设权重分配规则融合两路的有功调节指令，并生成机组总调节指令；若判定存在控制冲突，根据频率偏差优先级与agc跟踪精度要求的预设策略，输出辅助决策指令，对反向调节分量执行动态限幅或分级闭锁，并生成机组总调节指令；

8、将所述机组总调节指令下发至调速系统执行，同步采集机组出力反馈数据，对计算所述一次调频有功调节指令和所述agc有功调节指令所依据的参数、以及所述全工况协调判据所包含的阈值进行闭环修正。

9、可选地，所述基于采集的电网频率独立计算一次调频有功调节指令的具体过程为：

10、根据采集的电网频率与额定频率计算频率偏差，；判断频率偏差的绝对值是否大于一次调频死区阈值，若否，则将一次调频有功调节量置零；若是，则按下式计算一次调频有功调节量：

11、

12、其中，为所述调速系统运行参数中的机组水头；为与当前水头相对应的功率-频率静特性系数；为符号函数，当时取值为，时取值为；为机组额定功率；

13、对计算得到的一次调频有功调节量施加调节速率限制，使，其中，为一次调频有功调节指令的时间变化率；为一次调频有功调节指令；表示时间；为预设的一次调频最大调节速率；

14、将限速后的一次调频有功调节量作为所述一次调频有功调节指令输出。

15、可选地，所述基于采集的agc调度指令与机组当前有功出力独立计算agc有功调节指令的具体过程为：

16、将agc调度指令与机组当前有功出力作差，计算agc跟踪偏差，；

17、将agc跟踪偏差输入至机组功率闭环控制器，计算agc初始调节量，其中表征所述闭环控制器的传递函数；

18、对所述agc初始调节量施加调节速率限制，使，其中，为agc有功调节指令的时间变化率；为agc有功调节指令；为预设的agc最大调节速率；

19、将限速后的agc初始调节量作为agc有功调节指令输出。

20、可选地，所述构建全工况协调判据，对两路并行输出的有功调节指令进行调节方向一致性校验与调节裕度校验，识别控制冲突场景，具体包括：

21、计算一次调频有功调节指令与agc有功调节指令的乘积；

22、若，则判定两路指令调节方向相反，存在反向调节冲突；

23、若方向相反，则进一步计算机组当前有功出力的可调区间，并根据冲突方向校验调节裕度：

24、当且时，判定agc指令侵蚀了一次调频所需的向上调节裕度；

25、当且时，判定agc指令侵蚀了一次调频所需的向下调节裕度；

26、上述任一条件满足，则识别为控制冲突场景。

27、可选地，所述根据频率偏差优先级与agc跟踪精度要求的预设策略，输出辅助决策指令，具体为：

28、获取所述控制冲突场景下的频率偏差，并与预设的频率偏差门槛值比较；

29、若，判定频率偏差优先级最高，对所述agc有功调节指令中与一次调频指令反向的分量执行完全闭锁，使机组总调节指令中的agc分量归零；

30、若，判定需兼顾agc跟踪精度，对所述agc有功调节指令中反向于一次调频指令的分量执行动态限幅，限幅值根据一次调频的动作裕度动态计算，机组总调节指令由一次调频指令与限幅后的agc指令叠加生成。

31、可选地，所述对反向调节分量执行动态限幅，具体通过下式生成限幅后的agc有功调节指令：

32、

33、其中，为与当前一次调频指令方向一致的机组出力限值，当时，取机组出力上限，当时，取机组出力下限；为预设的裕度保留系数，取值范围为，用以预留一次调频持续动作所需的空间。

34、可选地，所述频率偏差门槛值根据一次调频死区阈值和电网频率实时波动强度在线计算，如下式所示：

35、

36、其中，为频率偏差在设定时间窗内的均方根值，表征频率波动强度；为波动裕度系数。

37、可选地，所述预设权重分配规则根据机组水头动态确定融合权重，生成机组总调节指令，如下式所示：

38、

39、

40、其中，为一次调频有功调节指令；为agc有功调节指令；与分别为权重上下限；和分别为机组运行水头范围的上限和下限。

41、可选地，所述闭环修正的具体过程为：

42、获取同步采集的机组出力反馈数据，结合上一时刻的机组有功出力与机组总调节指令，计算机组出力跟踪偏差：

43、

44、其中，为当前采样时刻；为当前时刻机组实际有功出力；为上一时刻机组有功出力；为上一时刻下发的机组总调节指令；

45、基于出力跟踪偏差，采用增量迭代方式修正一次调频有功调节指令对应的功率-频率静特性系数，如下式所示：

46、

47、其中，为修正后的功率-频率静特性系数；和分别为一次调频参数修正的比例系数和积分系数；为预设修正窗口长度；为修正窗口内出力跟踪偏差的累积值；

48、基于出力跟踪偏差修正agc有功调节指令对应的闭环控制器比例增益，如下式所示：

49、

50、其中，为修正后的闭环控制器比例增益；为修正前的闭环控制器比例增益；为agc控制参数修正的比例系数；

51、结合频率偏差的实时波动强度与出力跟踪偏差，分别修正全工况协调判据中的裕度保留系数和波动裕度系数，更新调节裕度校验与冲突判定的对应阈值；

52、将修正后的功率-频率静特性系数、闭环控制器比例增益、裕度保留系数和波动裕度系数，同步更新至两路有功调节指令的并行计算过程与全工况协调判据的判定过程，完成单轮闭环参数迭代修正。

53、基于同一发明构思，本发明还提供一种面向全工况快速调节的水电agc并行计算与辅助决策系统，用于实现所述的面向全工况快速调节的水电agc并行计算与辅助决策方法，包括：

54、数据采集模块，用于实时采集电网频率、机组当前有功出力、agc调度指令和调速系统运行参数；

55、一次调频指令并行计算模块，与所述数据采集模块连接，基于采集的电网频率计算一次调频有功调节指令；

56、agc指令并行计算模块，与所述数据采集模块连接，基于采集的agc调度指令和机组当前有功出力计算agc有功调节指令；所述一次调频指令并行计算模块和所述agc指令并行计算模块的指令计算过程时域同步、并行执行且互不耦合；

57、全工况协调判据模块，分别与所述数据采集模块、所述一次调频指令并行计算模块和所述agc指令并行计算模块连接，根据调速系统运行参数与机组当前负荷区间，对两路并行输出的有功调节指令进行调节方向一致性校验与调节裕度校验，识别控制冲突场景；

58、指令融合与辅助决策模块，与所述全工况协调判据模块连接，在无控制冲突时按预设权重分配规则融合两路有功调节指令生成机组总调节指令；在存在控制冲突时根据频率偏差优先级与agc跟踪精度要求的预设策略，对反向调节分量执行动态限幅或分级闭锁，生成机组总调节指令；

59、指令下发与反馈模块，与所述指令融合与辅助决策模块连接，将所述机组总调节指令下发至调速系统执行，并同步采集机组出力反馈数据；

60、闭环修正模块，与所述指令下发与反馈模块、所述一次调频指令并行计算模块、所述agc指令并行计算模块和所述全工况协调判据模块连接，基于所述机组出力反馈数据，修正所述一次调频有功调节指令和所述agc有功调节指令所依据的参数，以及修正所述全工况协调判据所包含的阈值。

61、本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

62、通过将agc与一次调频指令的计算过程解耦为时域同步、互不耦合的并行架构，并结合调节方向一致性校验与裕度校验，解决了传统“直接叠加”策略在复杂工况下易导致的指令冲突与过负荷问题，提升了机组在新能源高占比电网中的运行安全性。

63、引入全工况协调判据与分级决策机制，根据频率偏差优先级动态执行反向分量限幅或闭锁，既保证了电网频率恶化时一次调频的优先快速支撑，又避免了频繁动作对agc精准跟踪的干扰，在快速调节与系统稳定之间取得平衡。

64、将水头、开度及负荷区间等复杂工况参数纳入协调判据，并利用机组出力反馈对计算参数和阈值进行闭环修正，使得控制策略能自适应机组特性变化与工况迁移，在不依赖人工干预的情况下保持最优决策，满足了新型电力系统对水电机组长效可靠运行的工程需求。