一种应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制方法、系统及设备与流程

本发明涉及电力系统调度控制，特别涉及一种应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制方法、系统及设备。

背景技术：

1、随着新型电力系统的持续发展，光伏发电等新能源在电网中的装机占比不断提高。由于光伏发电受气象条件影响显著，其出力具有明显的随机性、波动性和间歇性。其中，由高空云层移动引起的光伏阵列遮挡现象，会导致光伏场站输出功率在短时间内出现快速下降，即云遮挡效应；该效应通常呈现秒级甚至更短时间尺度的功率骤降特征，已成为影响电网频率稳定及局部电网安全运行的重要因素之一。

2、针对光伏功率波动问题，现有电网调度通常采用光伏与火电机组协同调节的控制策略，即在光伏出力下降时，通过调度火电机组增加出力以弥补功率缺额。然而，现有技术在实际应用过程中仍存在以下不足。

3、现有调度控制大多依赖于并网功率变化或下网功率越限信号进行事后调节，即在光伏功率已经发生明显下降后，才触发火电机组的爬坡响应；由于光伏功率在云遮挡作用下的下降过程通常发生在秒级时间尺度内，而火电机组受限于热力系统惯性，其出力调节过程通常处于分钟级时间尺度，两者之间存在显著的响应时间错配，导致在云遮挡初期容易形成较大的功率缺口，从而对电网频率造成冲击。

4、部分现有技术通过光照测量或功率变化率对光伏波动进行提前判别，但该类方法通常未充分考虑云层移动的空间分布特性，且缺乏对局部扰动的有效识别能力。在实际运行中，诸如局部阴影遮挡、设备短时异常或小尺度云团快速掠过等情况，均可能引起短时功率波动，从而触发误预警，导致火电机组频繁参与无效调节，不仅降低调节效率，还可能引起系统控制振荡及设备损耗增加。

5、现有光火协同控制多未对光伏出力变化速率进行有效约束，光伏功率在云遮挡作用下往往呈现自由快速下降，而火电机组的调节能力受机组数量及爬坡速率限制，难以及时匹配，从而可能导致功率补偿不足或调节失配。同时，在并网点功率控制方面，现有技术普遍缺乏合理的迟滞调节机制，对于电网自身能够吸收的小幅功率波动仍触发火电调节，易造成不必要的频繁动作和过度调节。

6、综上，现有技术尚缺乏一种能够兼顾空间前馈预警、扰动有效甄别以及光伏与火电出力动态匹配的协同控制方法，亟需提出一种能够在云遮挡过程中实现快速预警、分级响应及协调控制的技术方案，以提升电网运行的安全性与调节效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中在云遮挡扰动条件下光伏出力骤降过程中预警滞后、空间特征利用不足以及光伏与火电调节速率不匹配等问题，提供一种应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制方法、系统及设备，从而提升高比例光伏接入电力系统的运行安全性与调节协调性。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制方法，包括：

4、在光伏场站四周边缘预设若干备选标杆阵列，并根据实时风向筛选激活态标杆阵列；

5、按照设定的采样周期获取各激活态标杆阵列的有功功率，并计算各激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率；

6、若存在至少两个相邻激活态标杆阵列在相邻采样时刻出现功率下降，且相邻采样时刻之间的功率跌落率之差不超过预设一致性门槛值，判定发生有效功率跌落事件；

7、若发生有效功率跌落事件，根据各激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率计算归一化功率跌落率并进行基于门槛值的空间前馈分级预警判定，得到预警等级；

8、根据预警等级生成火光火协同速率匹配的控制策略。

9、可选的，所述在光伏场站四周边缘预设若干备选标杆阵列，并根据实时风向筛选激活态标杆阵列，包括：

10、将光伏场站按地理边界划分为东、南、西、北四个象限边缘，在每个象限边缘选取至少两个相邻光伏阵列作为备选标杆阵列；

11、根据实时获取的测风塔风向数据识别迎风方向，并将位于迎风侧的备选标杆阵列划分为激活态标杆阵列。

12、可选的，所述各激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率通过如下公式计算：

13、，

14、其中，表示第个激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率，表示第个激活态标杆阵列在当前采样时刻的有功功率，表示第个激活态标杆阵列在上一采样时刻的有功功率，表示激活态标杆阵列的额定功率。

15、可选的，所述归一化功率跌落率通过如下公式计算：

16、，

17、其中，表示归一化功率跌落率，表示激活态标杆阵列组的激活态标杆阵列组总数，表示第个激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率。

18、可选的，所述基于门槛值的空间前馈分级预警判定，包括：

19、若，视为正常运行状态，判定预警等级为；

20、若，视为轻度云边缘遮挡，判定预警等级为；

21、若，视为中度云遮挡，判定预警等级为；

22、若，视为重度云遮挡，判定预警等级为；

23、若，视为极端云遮挡，判定预警等级为；

24、其中，表示归一化功率跌落率，、、和为预设的递增门槛值。

25、可选的，所述根据预警等级生成火光火协同速率匹配的控制策略，包括：

26、预警等级为时，限制光伏出力禁止上升，火电机组维持原有调节速率；

27、预警等级为时，火电机组按速率进行缓慢爬坡，光伏场站按上限实施缓慢下降控制；

28、预警等级为时，火电机组按速率进行快速爬坡，光伏场站按上限实施快速下降控制；

29、预警等级为时，火电机组按速率进行应急爬坡，光伏场站实施禁止上升控制，并按最大允许速率进行受控下降；

30、其中，、、和为预设的火电机组爬坡速率指令，为参与调节的可控火电机组数量，，，表示火电机组爬坡速率指令序号，表示光伏场站的有功功率，表示采样时刻。

31、可选的，通过非对称时间窗控制机制执行火光火协同速率匹配的控制策略；

32、所述非对称时间窗控制机制包括：

33、若当前采样周期的预警等级不等于，启动触发时间窗；

34、若在该触发时间窗内连续多个采样周期的预警等级均不等于，进入预警状态，执行当前采样周期的预警等级对应的控制策略；

35、预警状态内首次执行控制策略后启动退出时间窗，在该退出时间窗内保持当前控制策略不变并持续监测各激活态标杆阵列的有效功率，仅当退出时间窗结束且各激活态标杆阵列的有效功率满足预设的回升判据时，解除预警状态。

36、可选的，若并网点下网功率大于第一极限阈值，触发极限保护控制，强制所有火电机组按最大速率进行增发，同时限制光伏下降速率不超过，以抑制功率缺口扩大；其中，为预设的火电机组爬坡速率指令，为参与调节的可控火电机组数量；

37、当并网点下网功率小于等于第二安全阈值时，解除极限保护控制。

38、第二方面，本发明提供一种应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制系统，包括：

39、初始化模块，用于在光伏场站四周边缘预设若干备选标杆阵列，并根据实时风向筛选激活态标杆阵列；

40、有效功率跌落事件判定模块，用于按照设定的采样周期获取各激活态标杆阵列的有功功率，并计算各激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率；若存在至少两个相邻激活态标杆阵列在相邻采样时刻出现功率下降，且相邻采样时刻之间的功率跌落率之差不超过预设一致性门槛值，判定发生有效功率跌落事件；

41、预警与控制模块，用于若发生有效功率跌落事件，根据各激活态标杆阵列在相邻采样时刻之间的功率跌落率计算归一化功率跌落率并进行基于门槛值的空间前馈分级预警判定，得到预警等级；根据预警等级生成火光火协同速率匹配的控制策略。

42、第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括：

43、存储器，用于存储计算机指令；

44、处理器，用于执行所述计算机指令以实现第一方面中任一项所述的应对光伏云遮挡的空间前馈与光火柔性协同控制方法的步骤。

45、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

46、1、基于实时风向信息动态识别并激活迎风面边缘光伏阵列作为前馈感知基准，通过低频采样的功率跌落率构建云遮挡空间前馈预警指标，实现对云团入侵的快速识别与分级预警；

47、2、依据预警等级自适应调整火电机组爬坡速率，并同步约束光伏出力下降速率，使其与火电机组可提供的总爬坡能力相匹配，从而实现光火协同的分级响应与柔性调节；

48、3、通过构建快触发、慢退出的非对称时间窗控制机制，并结合并网点功率调节的迟滞特性，实现调节过程的稳定过渡与分级控制策略的有效执行；

49、4、能够在云遮挡过程中实现预警驱动的分级响应与光火协调控制，在保障系统安全稳定运行的前提下，提高调节策略的针对性与协调性。