有源配网热力电耦合调度与自适应主动支撑方法及系统与流程

本发明属于新型电力系统运行控制领域，具体涉及一种有源配网热力电耦合调度与自适应主动支撑方法及系统。

背景技术：

1、随着全球能源结构的深刻变革，以风能、太阳能为代表的可再生能源大规模开发已成为新型电力系统建设的核心任务。然而，新能源出力的间歇性、随机性以及显著的反调峰特性，给电网的实时平衡与安全稳定运行带来了前所未有的挑战。特别是在千万千瓦级的大型可再生能源基地，由于送出通道能力有限且系统调控手段相对单一，弃风弃光现象与电网调节压力并存，亟需高效、多元的调节资源协同运行。

2、为了应对这一挑战，目前行业内普遍采用“火电+储能”的联合调节模式。火电机组通过灵活性改造提供基础调峰支撑；电化学储能子系统凭借秒级的响应速度平抑高频功率波动；熔盐储热则以其大容量、长时段的优势实现能量的时空转移。近年来，学术界与工业界开始探索将上述资源进行多级耦合协同，虽然在提升新能源消纳方面取得了一定进展，但面对未来极高比例新能源接入的极端工况，现有的技术方案仍存在以下深层次的缺陷与局限。

3、第一，能量转换维度的“浅层耦合”导致系统整体效率与调峰深度受限。 现有的火-储耦合方案中，储热系统通常作为火电机组的外部辅助设施，主要通过回收烟气余热或利用富余电能进行电加热（p2h）。这种模式在本质上属于“旁路耦合”，未能触及火电机组热力循环的核心。利用电能加热熔盐存在“热-机-电-热”的高额能效损耗；而仅靠烟气余热回收，对火电机组锅炉侧的燃烧稳定性及汽轮机侧的作功特性调节作用有限。由于缺乏热、力、电多维度的“深层耦合”，现有的系统难以在保证机组安全的前提下，通过热力循环内部的能量再分配实现极低负荷下的稳燃与高效运行，限制了机组作为灵活性资源的核心竞争力。

4、第二，控制时间尺度的“开环执行”难以应对实时波动的随机性。 现有的协同调度模型大多基于日前或短期的预测数据，采用“双层优化”等静态指令下发模式。然而，新能源的实际出力受局部气象条件影响，具有极强的不可预见性。当实时运行偏离日前计划时，现有的“开环”执行机制往往依赖火电机组的自动发电控制（agc）进行补偿。由于火电机组具有较大的热惯性，调节滞后明显，且频繁的功率波动会加剧转子疲劳与锅炉磨损。同时，电化学储能子系统若仅执行预设的能量平滑指令，缺乏基于实时偏差的反馈修正，极易导致其荷电状态（soc）在关键时刻发生越限，丧失调节能力，进而引发系统功率失衡。

5、第三，系统功能维度的“重能轻质”忽视了电网抗扰动的稳定性需求。 目前的研究重心主要集中在“能量平衡”维度，即如何通过充放电转移电量以匹配负荷。但在电力系统“双高”特征日益显著的背景下，系统的等效转动惯量急剧下降，频率调节能力严重不足。现有的火-储协同方案多将储能视为单纯的容量资源，未充分挖掘其在毫秒级频率响应方面的潜力。当系统发生重大功率扰动时，单纯的能量平移调度无法提供必要的惯量支撑和快速频率响应，容易引发系统频率变化率（rocof）过快，导致新能源机组大规模脱网甚至电网崩溃。

6、综上所述，现有技术在物理层面上缺乏深度热力耦合，在控制层面上缺乏闭环滚动修正，在功能层面上缺乏动态频率支撑。面对未来千万千瓦级新能源基地对“高效率利用、高精度控制、高可靠支撑”的迫切需求，研发一种能够将热-力-电多能阶梯利用、实时偏差自修复以及虚拟惯量响应深度融合的火-储协同控制方案，已成为该领域极具挑战且亟待突破的关键环节。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种有源配网热力电耦合调度与自适应主动支撑方法及系统，可提高高比例新能源并网下火-储系统的能量转换效率、动态响应能力以及抗扰动性能，实现可再生能源基地的高效消纳与电网频率的稳定支撑。

2、一种有源配网热力电耦合调度与自适应主动支撑方法，包括以下步骤：步骤1、构建火-储热-电深度耦合系统的三维立体物理拓扑：搭建由电化学储能子系统、宽温域熔盐储热与非相变传热子系统及火电汽水侧深层耦合子系统组成的三维立体物理拓扑；步骤2、基于滚动时域的广域能量调度控制：建立宏观能量调度环，运用滚动时域控制技术获取能量充放功率指令；步骤3、基于虚拟同步技术的局部主动频率支撑：建立微观频率控制环，以所述步骤2获取的所述能量充放功率指令作为有功功率给定基准，运用虚拟同步机技术驱动所述步骤1搭建的所述三维立体物理拓扑中的电化学储能子系统的变流器，在发生频率波动时输出与频率变化率及频率偏差挂钩的暂态支撑功率，并将所述暂态支撑功率与所述有功功率给定基准相叠加，提供毫秒级的主动频率支撑；步骤4、系统多维参量在线监测与自适应闭环修正：实时监测所述步骤1搭建的所述三维立体物理拓扑的关键工况参数，计算所述步骤3中电化学储能子系统因提供主动频率支撑而产生的电能缺口，通过热-力-电跨域能量补偿机制将所述电能缺口等效折算为所述三维立体物理拓扑中热力侧的补偿控制指令；同时，根据所述关键工况参数逼近极值的程度，动态调整所述步骤2中所述宏观能量调度环中各组件的有功功率分配权重，以滚动修正下一时段的能量充放功率指令，实现系统能量的闭环自愈。

3、进一步的，所述步骤1具体包括：构建基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统；构建火电汽水侧深层耦合子系统，并将其热力边界对接于所述基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统；构建高倍率电化学储能子系统，并将其分别接入所述三维立体物理拓扑的电力边界与控制边界。

4、进一步的，所述步骤2具体包括：采集跨物理场异构数据，构建基于图神经网络的超短期风光出力概率密度预测模型进行多维概率预测，输出概率密度时序数据；建立计及多能流时空耦合的混合整数非线性规划数学模型，确立多目标泛函代价函数与动态边界约束，其中多目标泛函综合计及火电机组变负荷煤耗及启停成本惩罚、所述高倍率电化学储能子系统的循环寿命衰减折算成本、以及所述基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统传热/蓄热过程的熵增与热耗散损失，在约束条件方面引入跨能级耦合约束与频率支撑裕度预留约束，所述混合整数非线性规划数学模型以所述概率密度时序数据作为数据边界；采用滚动执行法则对所述混合整数非线性规划数学模型进行时空寻优求解，生成并下发包含储能充放电功率的控制序列；在当前控制时域指令执行完毕后，采集各子系统实际执行后的真实物理状态并与期望状态进行残差比对，利用扩展卡尔曼滤波算法对隐性状态变量进行在线更新，将预测时域与控制时域向前平推一个时间步长，重构下一周期优化问题并重新求解。

5、进一步的，所述步骤3具体包括：实时监测并提取并网点的角频率及频率变化率；以所述步骤2生成的储能充放电功率作为有功功率给定基准，将同步发电机的虚拟转子运动方程嵌入至所述步骤1的电化学储能子系统变流器中，建立微观频率控制环，并引入基于频域与时域特征的虚拟惯量自适应演化算法，计算暂态支撑功率并与所述有功功率给定基准叠加；建立虚拟励磁调压闭环，通过空间矢量脉宽调制驱动电力电子开关器件实现电压源外特性。

6、进一步的，所述步骤4具体包括：依托无迹卡尔曼滤波算法搭建非线性状态观测模型，结合并网点电气量、储能调频产生的电能缺口等显性实测数据，利用无迹变换近似状态变量概率分布，在线高精度解算两类跨物理场隐性参量：电化学储能阵列实时荷电状态、熔盐储热罐体分层节点焓值场，为跨域能量补偿与调度模型自适应修正提供真实状态基准；建立热-力-电跨域能量补偿机制，将所述步骤3中因虚拟同步机响应产生的能量偏差等效折算为所述步骤1中蒸汽旁路阀门的附加开度指令；引入基于李雅普诺夫稳定性的惩罚因子自适应演化机制，在线重构所述步骤2中混合整数非线性规划数学模型目标泛函的权重矩阵。

7、一种具备频率支撑能力的火-储热-电深度耦合系统，用于如上所述的方法，所述系统包括：架构连接模块，用于搭建由电化学储能子系统、宽温域熔盐储热与非相变传热子系统及火电汽水侧深层耦合子系统组成的三维立体物理拓扑；广域能量调度模块，用于建立宏观能量调度环，运用滚动时域控制技术获取能量充放功率指令；频率支撑模块，用于基于虚拟同步技术的局部主动频率支撑，建立微观频率控制环，以所述能量充放功率指令作为有功功率给定基准，运用虚拟同步机技术驱动所述三维立体物理拓扑中的电化学储能子系统的变流器，在发生频率波动时输出与频率变化率及频率偏差挂钩的暂态支撑功率，并将所述暂态支撑功率与所述有功功率给定基准相叠加，提供毫秒级的主动频率支撑；在线监测修正模块，用于实时监测所述三维立体物理拓扑的关键工况参数，计算所述电化学储能子系统因提供主动频率支撑而产生的电能缺口，通过热-力-电跨域能量补偿机制将所述电能缺口等效折算为所述三维立体物理拓扑中热力侧的补偿控制指令；同时，根据所述关键工况参数逼近极值的程度，动态调整所述宏观能量调度环中各组件的有功功率分配权重，以滚动修正下一时段的能量充放功率指令，实现系统能量的闭环自愈。

8、进一步的，所述架构连接模块具体用于：构建基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统；构建火电汽水侧深层耦合子系统，并将其热力边界对接于所述基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统；构建高倍率电化学储能子系统，并将其分别接入所述三维立体物理拓扑的电力边界与控制边界。

9、进一步的，所述广域能量调度模块具体用于：采集跨物理场异构数据，构建基于图神经网络的超短期风光出力概率密度预测模型进行多维概率预测，输出概率密度时序数据；建立计及多能流时空耦合的混合整数非线性规划数学模型，确立多目标泛函代价函数与动态边界约束，其中多目标泛函综合计及火电机组变负荷煤耗及启停成本惩罚、所述高倍率电化学储能子系统的循环寿命衰减折算成本、以及所述基于多源激励的宽温域熔盐储热与非相变传热子系统传热/蓄热过程的熵增与热耗散损失，在约束条件方面引入跨能级耦合约束与频率支撑裕度预留约束，所述混合整数非线性规划数学模型以所述概率密度时序数据作为数据边界；采用滚动执行法则对所述混合整数非线性规划数学模型进行时空寻优求解，生成并下发包含储能充放电功率的控制序列；在当前控制时域指令执行完毕后，采集各子系统实际执行后的真实物理状态并与期望状态进行残差比对，利用扩展卡尔曼滤波算法对隐性状态变量进行在线更新，将预测时域与控制时域向前平推一个时间步长，重构下一周期优化问题并重新求解。

10、进一步的，所述频率支撑模块具体用于：实时监测并提取并网点的角频率及频率变化率；以所述广域能量调度模块输出的储能充放电功率作为有功功率给定基准，将同步发电机的虚拟转子运动方程嵌入至所述步骤1的电化学储能子系统变流器中，建立微观频率控制环，并引入基于频域与时域特征的虚拟惯量自适应演化算法，计算暂态支撑功率并与所述有功功率给定基准叠加；建立虚拟励磁调压闭环，通过空间矢量脉宽调制驱动电力电子开关器件实现电压源外特性。

11、进一步的，所述在线监测修正模块具体用于：依托无迹卡尔曼滤波算法搭建非线性状态观测模型，结合并网点电气量、储能调频产生的电能缺口等显性实测数据，利用无迹变换近似状态变量概率分布，在线高精度解算两类跨物理场隐性参量：电化学储能阵列实时荷电状态、熔盐储热罐体分层节点焓值场，为跨域能量补偿与调度模型自适应修正提供真实状态基准；建立热-力-电跨域能量补偿机制，将因虚拟同步机响应产生的能量偏差等效折算为蒸汽旁路阀门的附加开度指令；引入基于李雅普诺夫稳定性的惩罚因子自适应演化机制，在线重构混合整数非线性规划数学模型目标泛函的权重矩阵。

12、本发明的有益效果在于：（1）提升综合能效与调峰深度。独特的蒸汽侧深度耦合拓扑打破了传统单一“电-热-电”转换的局限，实现了火电机组内部热能与力能的直接调度与梯级利用。大幅降低了能量二次转换损耗，并将机组调峰能力向下深度拓展，提高了能源的综合利用效率。（2）增强电网频率与运行稳定性。将广域能量调度与局部频率支撑进行解耦与再协同，不仅能够分钟级平抑新能源的随机波动，还能在系统受扰动时毫秒级快速响应频率突变，极大增强了高比例新能源基地的电网主动支撑能力，保障了送端电网的稳定运行。（3）降低预测误差导致的系统风险。相较于传统的日前开环静态调度策略，本发明引入的在线监测与闭环修正机制，能够自适应消化超短期气象变化带来的功率偏差，并通过热能补偿电能缺口。有效避免了储能soc频繁越限“罢工”与火电机组的非计划性剧烈爬坡，降低了设备的机械磨损与运行风险。