多源孤网冶炼的频率协同功率控制方法及系统与流程

本发明涉及电网的监督控制和数据采集系统。更具体地，本发明涉及一种多源孤网冶炼的频率协同功率控制方法及系统。

背景技术：

1、矿热炉属于连续大功率冶炼负载，其冶炼过程中负载电阻、电弧状态和工作功率随冶炼阶段发生变化，在低频柔性矿热炉供电系统中，可以通过电力电子功率单元调节负载侧输出电压和输出电流，并采用电压源型控制方式或电流源型控制方式调节负载侧有功功率；与此同时，电极控制系统通过改变电极位置实现弧长和炉内电气状态调节。因此，具有功率单元的冶炼负载同时具有较快的电力电子功率调节途径和相对较慢的电极机械调节途径。

2、当冶炼设施由多个电源组成的孤网供电时，孤网母线频率与发电有功功率和负载有功功率之间的实时平衡相关，不同电源的容量、当前运行点、剩余调节能力和有功功率响应过程可能不同，在冶炼负载功率变化或者部分电源输出能力变化后，需要由孤网内部的可控电源和可调负载重新形成有功功率平衡。

3、授权公告号为cn102842904b的中国专利文件公开了一种基于功率缺额预测及分配的微电网协同频率控制方法，在微电网发生功率缺失时，根据频率变化预测总有功功率缺额，并向储能、分布式电源以及负荷分配功率控制量。授权公告号为cn103299511b的中国专利文件公开了一种将自备发电设施控制与冶炼设施控制集成的技术方案，根据发电机运行特性确定负载控制参数，并根据负载运行特性确定发电机控制参数。国际公布号为wo2017143955a1的pct国际申请公开了一种电炉功率控制方法，根据电网工作频率形成电炉功率偏差，并按照电炉功率偏差驱动电极升降以改变电炉功率。

4、上述技术能够实现多电源与负荷之间的功率分配、发电设施与冶炼设施之间的联合控制或者依据孤网频率改变电炉功率；但是，在具有功率单元的冶炼负载接入多源孤网的情况下，可控电源接收到有功功率调节指令后，其可控电源实际有功功率仍需要经过各自的有功功率响应过程才能形成目标变化。如果冶炼负载仅依据有功功率调节指令已经下发或者孤网母线频率暂时恢复而撤回负载侧暂态调节，则可能在可控电源实际有功功率尚未形成相应变化时重新增加冶炼负载有功功率，使可控电源功率变化与冶炼负载功率恢复发生时间不匹配。因此，需要解决多个可控电源真实出力形成过程与冶炼负载快速功率调节过程之间的连续功率交接问题。

技术实现思路

1、为解决上述多个可控电源真实出力形成过程与冶炼负载快速功率调节过程之间难以连续匹配的技术问题，本发明在如下的多个方面提供方案。

2、在第一方面，本发明提供了一种多源孤网冶炼的频率协同功率控制方法，包括：获取孤网母线频率、额定孤网频率、孤网频率允许偏差、冶炼负载基准有功功率、冶炼阶段允许有功功率区间、功率单元允许有功功率区间以及各可控电源的可控电源实际有功功率；根据所述冶炼阶段允许有功功率区间和所述功率单元允许有功功率区间确定冶炼负载可调功率区间，当所述孤网母线频率首次超出所述额定孤网频率对应的所述孤网频率允许偏差时，将对应控制时刻确定为调频事件起始时刻，并以所述调频事件起始时刻的所述孤网母线频率确定调频事件频率支撑有功功率需求；根据所述调频事件频率支撑有功功率需求确定各可控电源的目标有功功率调节量，使各所述目标有功功率调节量的代数和与所述调频事件频率支撑有功功率需求同向且绝对值不超过所述调频事件频率支撑有功功率需求的绝对值，并输出有功功率调节指令，根据所述调频事件频率支撑有功功率需求在所述冶炼负载可调功率区间内确定冶炼负载暂态调节量，由功率单元按照所述冶炼负载暂态调节量改变冶炼负载有功功率；在所述有功功率调节指令执行期间持续获取所述可控电源实际有功功率，以所述调频事件起始时刻的所述可控电源实际有功功率作为调频事件起始有功功率，确定沿对应所述有功功率调节指令的调节方向形成且绝对值不超过对应所述目标有功功率调节量绝对值的可控电源实际响应量，汇总所述可控电源实际响应量形成多源实际响应增量；根据所述调频事件频率支撑有功功率需求与所述多源实际响应增量之差确定剩余频率支撑有功功率需求，根据所述剩余频率支撑有功功率需求更新所述冶炼负载暂态调节量，使所述冶炼负载有功功率向所述冶炼负载基准有功功率恢复。

3、优选地，获取当前冶炼阶段，从冶炼过程控制程序取得与所述当前冶炼阶段对应的所述冶炼负载基准有功功率和所述冶炼阶段允许有功功率区间；以所述冶炼阶段允许有功功率区间与所述功率单元允许有功功率区间的公共区间作为所述冶炼负载可调功率区间，当不存在所述公共区间或者所述冶炼负载基准有功功率不处于所述冶炼负载可调功率区间内时，将所述冶炼负载暂态调节量确定为零。

4、优选地，配置频率调节系数，根据所述调频事件起始时刻的所述孤网母线频率与所述额定孤网频率之间超过所述孤网频率允许偏差的程度以及所述频率调节系数确定所述调频事件频率支撑有功功率需求，并在所述调频事件结束前保持所述调频事件频率支撑有功功率需求不变。

5、优选地，获取各可控电源的可控电源可调功率边界，根据所述调频事件频率支撑有功功率需求的调节方向和所述调频事件起始有功功率确定可控电源增功率可调容量或者可控电源减功率可调容量；当所述调频事件频率支撑有功功率需求为正值时，若全部可控电源增功率可调容量之和为零，则将全部所述目标有功功率调节量确定为零，否则按照各可控电源增功率可调容量占全部可控电源增功率可调容量之和的比例分配所述调频事件频率支撑有功功率需求，并以对应的可控电源增功率可调容量作为所述目标有功功率调节量的上限；当所述调频事件频率支撑有功功率需求为负值时，若全部可控电源减功率可调容量之和为零，则将全部所述目标有功功率调节量确定为零，否则按照各可控电源减功率可调容量占全部可控电源减功率可调容量之和的比例分配所述调频事件频率支撑有功功率需求的绝对值，以对应的可控电源减功率可调容量作为所述目标有功功率调节量绝对值的上限并使所述目标有功功率调节量为负值。

6、优选地，当所述目标有功功率调节量为正值时，将所述可控电源实际有功功率相对于所述调频事件起始有功功率沿增加有功功率方向形成且绝对值不超过所述目标有功功率调节量绝对值的变化确定为所述可控电源实际响应量；当所述目标有功功率调节量为负值时，将所述可控电源实际有功功率相对于所述调频事件起始有功功率沿减少有功功率方向形成且绝对值不超过所述目标有功功率调节量绝对值的变化确定为所述可控电源实际响应量。

7、优选地，所述冶炼负载可调功率区间包括冶炼负载可调功率下限和冶炼负载可调功率上限，根据所述冶炼负载基准有功功率和所述冶炼负载可调功率区间确定冶炼负载减载可调容量和冶炼负载增载可调容量，并根据所述冶炼负载基准有功功率与所述冶炼负载暂态调节量之差确定冶炼负载有功功率控制指令，配置功率交接允许误差；当所述剩余频率支撑有功功率需求的绝对值不超过所述功率交接允许误差，并且所述孤网母线频率与所述额定孤网频率之间的偏差绝对值不超过所述孤网频率允许偏差时，将所述冶炼负载暂态调节量确定为零；当所述剩余频率支撑有功功率需求为正值且大于所述冶炼负载减载可调容量时，将所述冶炼负载有功功率控制指令设置为所述冶炼负载可调功率下限；当所述剩余频率支撑有功功率需求为负值且其绝对值大于所述冶炼负载增载可调容量时，将所述冶炼负载有功功率控制指令设置为所述冶炼负载可调功率上限。

8、优选地，获取当前冶炼阶段；所述冶炼负载暂态调节量由所述功率单元的电力电子功率变换执行，不依赖电极控制系统驱动电极位置变化形成；所述调频事件结束后，所述电极控制系统按照所述当前冶炼阶段对应的冶炼控制逻辑调节电极位置。

9、在第二方面，本发明提供一种多源孤网冶炼的频率协同功率控制系统，包括控制器、频率采集接口、功率采集接口、多个可控电源以及与冶炼负载连接的功率单元；频率采集接口和功率采集接口分别与控制器信号连接，向控制器提供孤网母线频率和可控电源实际有功功率；控制器获取额定孤网频率和孤网频率允许偏差，确定冶炼负载可调功率区间，在孤网母线频率相对额定孤网频率的偏差首次超出孤网频率允许偏差时确定调频事件起始时刻，以调频事件起始时刻的孤网母线频率确定调频事件频率支撑有功功率需求；根据调频事件频率支撑有功功率需求在冶炼负载可调功率区间内确定冶炼负载暂态调节量，向多个可控电源输出有功功率调节指令并使功率单元按照冶炼负载暂态调节量改变冶炼负载有功功率；根据各可控电源相对于调频事件起始时刻的可控电源实际有功功率沿有功功率调节指令方向的变化确定可控电源实际响应量并汇总为多源实际响应增量，以调频事件频率支撑有功功率需求与多源实际响应增量之差确定剩余频率支撑有功功率需求并更新冶炼负载暂态调节量。

10、优选地，还包括电极控制系统；所述控制器还用于获取当前冶炼阶段，所述电极控制系统与所述冶炼负载的电极执行机构连接；所述功率单元按照所述冶炼负载暂态调节量执行电力电子功率变换期间，所述电极控制系统保持所述当前冶炼阶段对应的冶炼控制逻辑，所述调频事件结束后由所述电极控制系统按照所述当前冶炼阶段对应的冶炼控制逻辑调节电极位置。

11、优选地，所述控制器还用于确定各可控电源的目标有功功率调节量，并将各可控电源沿对应所述有功功率调节指令的调节方向形成且绝对值不超过对应所述目标有功功率调节量绝对值的可控电源实际有功功率变化确定为所述可控电源实际响应量。

12、本发明的有益效果在于：

13、由功率单元在多个可控电源真实出力尚未形成目标变化期间承担冶炼负载侧的暂态频率支撑，并以各可控电源已经真实形成且与有功功率调节指令方向一致的可控电源实际有功功率变化作为功率交接依据，使冶炼负载暂态调节量随多源实际响应增量逐步回退，从而使冶炼负载有功功率恢复程度与多个可控电源真实出力形成程度保持对应，降低仅依据指令下发或者频率瞬时恢复提前撤回负载侧暂态调节而再次形成有功功率失衡的可能。