一种计及构网型设备自主响应的场站一次调频控制方法

本发明属于新能源发电系统运行控制，具体涉及一种计及构网型设备自主响应的场站一次调频控制方法。

背景技术：

1、传统跟网型变流器设备受控于电流源控制逻辑，主动频率支撑能力薄弱；引入具备电压源输出特性的构网型设备构建跟网-构网混联新能源场站，可依托构网型设备底层控制环路，在电网频率扰动发生瞬间快速输出有功功率，形成瞬时自主频率响应，有效改善系统受扰初期频率跌落问题。

2、现有场站级一次调频控制策略普遍将场内发电设备视作理想功率执行单元，未量化、未统筹计及频率扰动全过程中构网型设备自发产生的自主响应功率。当电网发生频率扰动时，构网型设备依靠底层控制瞬时输出自主响应有功功率，占用设备大量可调节容量裕度；场站控制器若仍采用常规均分/固定比例分配策略下发全额一次调频指令，自主响应功率与场站下发指令功率叠加，将直接造成构网型设备输出功率快速触及功率上下限幅。

3、然而，现有技术存在以下不足：一是构网型设备提前进入限幅区间，无法完整执行场站分配的调频指令；二是场内跟网型设备剩余可调节容量裕度未得到充分调用，调频潜力闲置；三是整体混联场站对电网一次调频功率缺额的响应量不足，场站综合频率支撑能力被严重制约，难以满足高比例新能源电力系统频率稳定控制需求。

4、因此，为解决传统控制策略未考虑构网型设备瞬时自主出力、设备易功率越限、场站调频潜力无法充分释放的技术问题，亟需一种能够实现跟构网混合型新能源场站扰动暂态高效频率支撑的新方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种计及构网型设备自主响应的场站一次调频控制方法，该方法解决传统方案构网设备易限幅问题、充分释放两类设备调频潜力，同时为响应功率计算与调频策略优化提供理论支撑，有效提升跟构网混合型新能源场站一次调频响应完整度与暂态频率支撑能力。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种计及构网型设备自主响应的场站一次调频控制方法，包括以下步骤：

3、s1、构建包含vsg构网机组、pq跟网机组的跟构网混合型新能源场站两区域sfr系统频率响应解析模型，划分区域1为新能源场站、区域2为外部同步电网，建立场站频率动态、同步机调速动态、联络线交互功率数学模型，并通过时域仿真完成模型精度校验；将系统容量、机组额定参数、线路阻抗、vsg底层控制参数录入模型，输出可表征全工况频率动态的标准模型参数集，向下游频率采集计算环节提供系统基准参数；

4、s2、通过场站并网点量测装置实时采集电网运行频率，将实测频率信号传输至频率偏差计算单元，计算得到场站实时频率偏差信号，并将该频率偏差信号实时上传至场站一次调频集中控制器，作为下游自主响应功率计算环节的输入数据；

5、s3、场站一次调频集中控制器调取预存的vsg虚拟惯量、虚拟阻尼、低通滤波时间常数参数，结合步骤s2输出的实时频率偏差信号，通过带低通滤波的频域计算逻辑量化求解vsg构网机组在当前频率扰动下的瞬时自主有功响应功率，将求解得到的自主有功响应功率输出至机组容量裕度修正环节；

6、s4、以步骤s3输出的瞬时自主有功响应功率、机组额定功率限值、扰动前稳态初始出力为输入数据，动态修正两类机组有效剩余调频容量裕度；再以修正后的机组有效剩余调频容量裕度为基础，结合步骤s2得到的实时频率偏差计算场站一次调频总功率需求，依据裕度占比生成动态调频分配系数，利用分配系数拆分总调频功率，分别生成适配vsg构网机组、pq跟网机组的独立一次调频功率指令并下发至对应机组执行有功调节。

7、优选的，步骤s1构建的两区域sfr模型中，新能源场站等效虚拟惯量、等效阻尼系数采用下式计算：

8、；

9、；

10、式中，为单台构网设备虚拟惯量常数；为单台构网设备虚拟阻尼系数；为构网型设备额定容量；为系统基准容量；为场站等效虚拟惯量；为场站等效阻尼系数；

11、vsg构网机组、pq跟网机组有功响应动态等效一阶惯性环节，表达式为：

12、；

13、；

14、式中，为经动态限幅后的构网型设备受控功率参考指令；为跟网型设备受控功率参考指令，gfl设备无底层自主频率响应功率，不存在动态限幅约束；为构网型设备有功响应等效时间常数；为跟网型设备有功响应等效时间常数。

15、优选的，步骤s3包含两种瞬时自主有功响应功率计算模型；

16、无滤波理想计算模型：

17、；

18、式中，为构网型设备自主频率响应功率；为场站区域频率偏差；

19、工程低通滤波修正模型：

20、；

21、式中，为微分环节的一阶低通滤波器时间常数；低通滤波用于抑制频率量测微分运算产生的现场噪声干扰。

22、优选的，步骤s4动态修正机组有效剩余调频容量裕度、分配调频指令的具体子流程包括：

23、s401、两类机组有效剩余调频容量裕度计算公式为：

24、；

25、；

26、式中，为构网型设备有效剩余可调节容量裕度；为构网型设备最大有功输出限值；为频率扰动发生前构网设备稳态初始出力；

27、s402、全站一次调频总功率需求计算公式：

28、；

29、式中，为场站一次调频总功率指令；为场站级一次调频下垂增益系数；

30、s403、构网机组调频功率动态分配系数计算公式：

31、；

32、式中，为分配权重系数；

33、s404、拆分得到两类机组独立调频指令：

34、；

35、；

36、式中，为下发至构网型设备的一次调频功率指令；为下发至跟网型设备的一次调频功率指令。

37、优选的，步骤s1中，两区域联络线交换有功功率满足如下关系式：

38、；

39、；

40、式中，为联络线同步功率系数；、分别是区域1、区域2节点的电压幅值；是区域1与区域2节点相角差；为联络线的阻抗；

41、联络线交换有功功率由区域1、区域2的实时频率偏差差值以及联络线同步功率系数共同决定。

42、因此，本发明采用上述一种计及构网型设备自主响应的场站一次调频控制方法，与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

43、（1）本发明实时量化vsg构网型设备在频率扰动下的瞬时自主有功响应功率，动态修正设备实际可用调频容量裕度，解决传统控制策略忽略底层自发出力、构网设备易提前触限幅的核心缺陷，充分释放构网设备惯量、阻尼瞬时频率支撑能力；

44、（2）本发明采用基于实时修正后容量裕度的自适应调频指令分配机制，自动平衡跟网、构网设备调频出力分配比例，充分挖掘场内跟网型变流器闲置调频潜力，提升混联场站整体一次调频响应完整度；

45、（3）本发明构建适配跟构网混合型新能源场站的两区域sfr频率响应解析模型，可精准表征场站虚拟惯量、阻尼、联络线交互功率、设备功率动态全过程，为自主响应功率量化计算、调频策略优化提供可靠理论支撑；

46、（4）仿真验证表明，相较于传统不考虑自主响应的固定分配控制策略，本发明可抬升系统扰动后频率最低点，改善系统频率跌落深度，场站频率支撑性能提升约5.45%，显著提升高比例新能源电力系统暂态频率稳定性。

47、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。