一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统调频技术领域，具体而言，涉及一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法及系统。


背景技术：

2.一个地区的电网频率变化和多种因素相关，例如区域内各agc单元的调频性能、区域工厂和居民负荷特性、天气、节假日等，分析一个地区的历史频率变化信号，有助于更好实现对区域电网的频率调节。
3.光伏电站在正常运行过程中通过备用一部分发电功率，使得光伏电站具备一次调频能力，是光伏电站参与一次调频的主要方法之一。然而目前光伏电站的调频备用容量的设定比较粗糙，通常为一固定值(例如10％的额定容量)或根据光照强度简单变化，使得光伏电站调频能力不够灵活，同时可能造成部分电量得不到有效的上网利用。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法及系统。
5.第一方面，本公开提供了一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法，包括如下步骤：
6.获取区域电网的历史频率数据；
7.根据所述历史频率数据，确定所述历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布；
8.根据所述概率分布生成概率分布图，确定频率双峰特征；
9.根据所述频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型；
10.根据所述调频备用容量函数模型，确定光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例；
11.根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
12.利用所述备用容量修正函数模型对所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例进行修正，得到光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例；
13.根据所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例与所述光伏电站实时最大可用发电功率，确定光伏电站调频备用容量；
14.根据所述光伏电站调频备用容量，利用逆变器对光伏电站的实时发电功率进行实时调节。
15.第二方面，本公开提供了一种基于可变储备容量的光伏发电调频系统，包括第一获取单元、统计单元、第一处理单元、第一函数模型构建单元、第一输出单元、第二函数模型构建单元、第二输出单元、第二处理单元以及调节单元；
16.所述第一获取单元，用于获取区域电网的历史频率数据；
17.所述统计单元，用于根据所述历史频率数据，确定所述历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布；
18.所述第一处理单元，用于根据所述概率分布生成概率分布图，确定所述频率双峰特征；
19.所述第一函数模型构建单元，用于根据所述频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型；
20.所述第一输出单元，用于根据所述调频备用容量函数模型，确定光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例；
21.所述第二函数模型构建单元，用于根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
22.所述第二输出单元，用于利用所述备用容量修正函数模型对所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例进行修正，得到光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例；
23.所述第二处理单元，用于根据所述光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例与所述光伏电站实时最大可用发电功率，确定光伏电站调频备用容量；
24.所述调节单元，用于根据所述光伏电站调频备用容量，利用逆变器对光伏电站的实时发电功率进行实时调节。
25.本发明的有益效果是：本发明通过分析区域的历史频率，得出每日各个时段的调频需求，根据光伏电站实时最大可用发电功率，实时计算调频备用容量，能够提升光伏调频能力，同时减少备用容量浪费，增加光伏发电量。
26.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
27.进一步，所述根据所述历史频率数据，确定所述历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布，包括：
28.将所述历史频率数据根据工作日时间和节假日时间进行分类，将所述历史频率数据根据工作日时间进行分类，得到第一类别历史频率数据，将所述历史频率数据根据节假日时间进行分类得到第二类别历史频率数据；
29.对所述第一类别历史频率数据与所述第二类别历史频率数据每一天的数据按照设定周期分别进行统计，获得各个周期内各个频率出现的次数；
30.统计所述第一类别历史频率数据与所述第二类别历史频率数据中在每天的相同周期各个频率出现的次数，生成所述第一类别历史频率数据与所述第二类别历史频率数据的每天的各个周期的频率概率分布图。
31.采用上述进一步方案的有益效果是，通过将历史频率数据按照工作日时间和节假日时间进行分类，得到工作日时间和节假日时间两种类别情况下的历史频率数据的每天的各个周期的频率概率分布图，有助于更好实现对区域电网的频率调节。
32.进一步，所述根据所述概率分布生成概率分布图，确定频率双峰特征，包括：
33.将频率划分为第一频率区间与第二频率区间；
34.确定所述第一频率区间内频率出现次数最大的第一频率值与所述第二频率区间内频率出现次数最大的第二频率值；
35.根据所述第一频率值与所述第二频率值的差值，得到频率双峰距离，将所述频率
双峰距离作为所述频率双峰特征的值。
36.采用上述进一步方案的有益效果是，利用概率分布图，将频率划分为第一频率区间与第二频率区间，有利于更准确的获取频率双峰距离作为频率双峰特征的值。
37.进一步，所述根据所述频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型，包括：
38.获取光伏电站预留的最低调频容量、光伏电站预留的最高的调频容量以及所述光伏发电系统允许频率偏差；
39.根据所述频率双峰特征确定频率偏差；
40.根据所述频率偏差与所述光伏发电系统允许频率偏差的绝对值的比值，设置频率警戒系数；
41.根据所述光伏电站预留的最低调频容量、所述光伏电站预留的最高的调频容量、所述光伏发电系统允许频率偏差以及频率警戒系数构建调频备用容量函数模型。
42.采用上述进一步方案的有益效果是，根据频率双峰特征获得频率偏差，频率偏差能够准确的反映每日各个时间段的调频需求；根据频率偏差与光伏发电系统允许频率偏差的比值，设置频率警戒系数，能够准确反映调频备用容量变化的灵敏程度；构建调频备用容量函数模型，能够提升光伏调频效果。
43.所述根据所述频率偏差与所述区域电网的频率允许偏差的绝对值的比值，设置频率警戒系数，包括：
44.确定光伏电站预留的最高调频容量比例与光伏电站预留的最低调频容量比例；
45.通过设置所述频率警戒系数改变所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例达到所述光伏电站预留的最高调频容量比例时所述频率偏差的阈值。
46.采用上述进一步方案的有益效果是，使得频率警戒系数的设置准确可靠。
47.进一步，所述根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型，包括：
48.获取光伏电站实时最大可用发电功率与光伏电站的额定发电功率；
49.设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
50.根据所述调节系数与所述光伏电站的额定发电功率，确定所述备用容量修正函数模型的参数，得到所述备用容量修正函数模型。
51.采用上述进一步方案的有益效果是，根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，该调节系数能够准确反映随光伏最大可用发电功率的增加，备用容量需要减少的程度。
附图说明
52.图1为本发明实施例1中一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法的流程图；
53.图2为本发明实施例1中存在双峰特征的频率概率分布图；
54.图3为本发明实施例1中无双峰特征的频率概率分布图；
55.图4为本发明实施例1中光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例与频率双峰之间的距离d的关系示意图；
56.图5为本发明实施例1中调节系数与光伏电站实时最大可用发电功率之间的关系示意图；
57.图6为本发明实施例2提供的一种基于可变储备容量的光伏发电调频系统的原理图。
具体实施方式
58.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
59.实施例1
60.本公开提供了一种基于可变储备容量的光伏发电调频方法，包括如下步骤：
61.获取区域电网的历史频率数据；
62.根据历史频率数据，确定历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布；
63.根据概率分布生成概率分布图，确定频率双峰特征；
64.根据频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型；
65.根据调频备用容量函数模型，确定光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例；
66.根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
67.利用备用容量修正函数模型对光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例进行修正，得到光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例；
68.根据光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例，利用逆变器对光伏电站的调频备用容量进行实时调节。
69.本发明的有益效果是：本发明通过分析区域的历史频率，得出每日各个时段的调频需求，根据光伏电站实时最大可用发电功率，实时计算调频备用容量，能够提升光伏调频能力，同时减少备用容量浪费，增加光伏发电量。
70.可选的，根据历史频率数据，确定历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布，包括：
71.将历史频率数据根据工作日时间和节假日时间进行分类，将历史频率数据根据工作日时间进行分类，得到第一类别历史频率数据，将历史频率数据根据节假日时间进行分类得到第二类别历史频率数据；
72.对第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据每一天的数据按照设定周期分别进行统计，获得各个周期内各个频率出现的次数；
73.统计第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据中在每天的相同周期各个频率出现的次数，生成第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据的每天的各个周期的频率概率分布图。
74.在实际应用过程中，可选的，首先将历史频率数据分为工作日数据和节假日数据，将记录的每日电网的历史频率数据按15分钟为一个周期进行统计，即得到工作日历史频率数据和节假日历史频率数据两类历史频率数据。每类频率数据一天的24小时包含96个时段。利用统计方法分析两类历史数据，统计每15分钟内不同频率的分布概率，得到各类数据每15分钟的频率分布情况。举例：对于工作日的这一类数据，过去300日的第一个15分钟的
频率记录数据统计在一张表汇总，通过统计，得到频率概率分布情况。以此类推，得到工作日的第n个15分钟的频率概率分布情况、节假日的第n个15分钟的频率概率分布情况。
75.通过将历史频率数据按照工作日时间和节假日时间进行分类，得到工作日时间和节假日时间两种类别情况下的历史频率数据的每天的各个周期的频率概率分布图，有助于更好实现对区域电网的频率调节。
76.可选的，根据概率分布生成概率分布图，确定频率双峰特征，包括：
77.将频率划分为第一频率区间与第二频率区间；
78.确定第一频率区间内频率出现次数最大的第一频率值与第二频率区间内频率出现次数最大的第二频率值；
79.根据第一频率值与第二频率值的差值，得到频率双峰距离，将频率双峰距离作为频率双峰特征的值。
80.在实际应用过程中，根据频率分布图是否存在频率双峰特征(频率双峰之间的距离大于0)判断光伏发电系统是否存在调频需求。如果频率分布图存在频率双峰特征(即频率双峰之间的距离不为0)，如附图2所示存在双峰特征的频率概率分布图，横轴为频率(hz)，纵轴为频率出现的次数(单位：次)，则存在调频需求；如附图3所示无双峰特征的频率概率分布图，横轴为频率(hz)，纵轴为频率出现的次数(单位：次)，如果频率分布图不存在频率双峰特征(即频率双峰之间的距离为0)，则不存在调频需求。设采样频率双峰之间的距离为d，当某15分钟时段的采样频率不存在双峰时，则d＝0。
81.将频率划分为第一频率区间与第二频率区间，可选的，第一频率区间与第二频率区间通过概率分布图中位于所有频率点的中间的频率点划分。例如：如第一频率区间与第二频率区间通过50hz的频率点划分，第一频率区间内的频率点在概率分布图中位于50hz的频率点左侧，即第一频率区间内的频率点的值小于50hz，第二频率区间内的频率点在概率分布图中位于50hz的频率点右侧，即第二频率区间内的频率点的值大于50hz；获得第一频率区间内频率出现次数的最大的频率点，以及第二频率区间内频率出现次数的最大的频率点，计算该两个频率点的距离d，得到频率双峰的距离，即为频率双峰特征的特征值。可选的，比较第一频率区间内频率出现次数的最大的频率点与第二频率区间内频率出现次数的最大的频率点是否在相邻的频率点，若是，则频率分布图不存在双峰特征，频率双峰的距离d为0，否则频率分布图存在双峰特征，频率双峰的距离d不为0。在实际应用过程中，在第一频率区间或第二频率区间存在多个频率出现次数的极大值时，取频率出现次数的极大值中最大的频率点作为该频率区间的峰值点，利用该峰值点计算频率双峰之间的距离d。
82.利用概率分布图，将频率划分为第一频率区间与第二频率区间，有利于更准确的获取频率双峰距离作为频率双峰特征的值。
83.可选的，根据频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型，包括：
84.获取光伏电站预留的最低调频容量、光伏电站预留的最高的调频容量以及光伏发电系统允许频率偏差；
85.根据频率双峰特征确定频率偏差；
86.根据频率偏差与光伏发电系统允许频率偏差的绝对值的比值，设置频率警戒系数；
87.根据光伏电站预留的最低调频容量、光伏电站预留的最高的调频容量、光伏发电
系统允许频率偏差以及频率警戒系数构建调频备用容量函数模型。
88.在实际应用过程中，由于随着调频需求的增加，需要增加备用容量，而通过频率的频率双峰特征能够反映调频需求，将备用容量设为光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例y(d)。附图4为通过实验得到的光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例与频率双峰之间的距离d的关系示意图，横轴为频率双峰之间的距离d(单位：hz)，纵轴为光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例y(d)。
89.在实际应用过程中，容量在3000mw及以上的光伏发电系统，频率允许偏差为
±
0.2hz；容量在3000mw以下的光伏发电系统，频率允许偏差为
±
0.5hz，因此，设光伏发电系统允许频率偏差的绝对值为b。
90.调频备用容量即光伏电站实时最大可用发电功率的比例(例如：一个100mw的光伏电站，额定工况下，调频备用容量为10％，即只发90mw的功率，其余10mw的功率，作为一种调频能力的资源，储备起来调频用)，为分段函数，第一段为单调递增增函数，第二段为常数函数。设r
min
为光伏电站预留的最低调频容量比例，r
max
为预留的最高的调频容量比例，频率警戒系数为α，则光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例：
[0091][0092]
根据频率双峰特征获得频率偏差，频率偏差能够准确的反映每日各个时间段的调频需求；根据频率偏差与光伏发电系统允许频率偏差的比值，设置频率警戒系数，能够准确反映调频备用容量变化的灵敏程度；构建调频备用容量函数模型，能够提升光伏调频效果。光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例y(d)为分段函数，依据工程实际确定光伏电站预留的最高调频容量比例r
max
与光伏电站预留的最低调频容量比例r
min
，分段函数的第一段函数(2αb段)可由点(0，r
min
)和点(2αb，r
max
)确定，(2αb，r
max
)为第一段函数(2αb段)图像的拐点。如附图4所示，当d＝2αb时，光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例达到光伏电站预留的最高调频容量比例r
max
。因此可通过调节α改变分段函数y(d)的第一段函数(2αb段)达到光伏电站预留的最高调频容量比例r
max
时的d的阈值。一般的，可设置α为80％，即当频率双峰之间的距离d的一半(0.5d)达到光伏发电系统允许频率偏差的绝对值b的80％时，需要光伏电站以光伏电站预留的最高调频容量比例r
max
预留备用容量，用于光伏电站区域电网的频率调节。
[0093]
可选的，根据频率偏差与区域电网的频率允许偏差的绝对值的比值，设置频率警戒系数，包括：
[0094]
确定光伏电站预留的最高调频容量比例与光伏电站预留的最低调频容量比例；
[0095]
通过设置所述频率警戒系数改变所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例达到所述光伏电站预留的最高调频容量比例时所述频率偏差的阈值。
[0096]
可选的，根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型，包括：
[0097]
获取光伏电站实时最大可用发电功率与光伏电站的额定发电功率；
[0098]
设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
[0099]
根据所述调节系数与所述光伏电站的额定发电功率，确定所述备用容量修正函数模型的参数，得到所述备用容量修正函数模型。
[0100]
在实际应用过程中，光伏发电额定功率是光伏电站设定功率，在光照、温度等条件都最佳的情况下的发电功率，而光伏电站实时最大可用发电功率，是在光照、温度等因素不确定的情况下，每个时刻的最大可用发电功率。考虑到光伏最大可用发电功率随时间的变化，光伏电站实时最大可用发电功率应对备用容量的确定起到一定的修正作用，修正的主要目的是增加上网电量和提升调频能力。当实时最大可用发电功率较大时，减少调频备用容量，当实时最大可用发电功率较小时，增加光伏调频备用容量。
[0101]
设p为光伏电站实时最大可用发电功率，pn为光伏电站的额定发电功率，β为调节系数，g(p)为备用容量修正值，则备用容量修正函数模型为：
[0102][0103]
调节系数反映了随光伏电站实时最大可用发电功率的增加，备用容量比例减少的程度。
[0104]
如附图5所示，调节系数β与光伏电站实时最大可用发电功率之间的关系示意图，横轴为光伏最大可用发电功率(单位：mw)，纵轴为调节系数。
[0105]
如附图5所示，光伏电站额定发电功率pn为10mw，g(p)函数斜率由决定，一般的，设置调节系数β为0.2，则g(p)函数斜率为0.02。若光伏电站运行在额定发电功率下(即光伏电站实时最大可用发电功率等于光伏电站额定发电功率，p＝pn)，则g(p)＝80％，则需要下调20％的调频备用容量。
[0106]
利用备用容量修正函数模型对光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例进行修正，得到光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例。在实际应用过程中，设光伏电站的第二备用调频容量为r，光伏电站的第二备用调频容量为y(d)和g(p)的乘积，即通过如下公式表示：
[0107]
r＝g(p)y(d)。
[0108]
根据所述光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例与所述光伏电站实时最大可用发电功率，确定光伏电站调频备用容量；
[0109]
根据所述光伏电站调频备用容量，利用逆变器对光伏电站的实时发电功率进行实时调节。在得到光伏电站的备用调频容量r以后，光伏电站需要预留出当前最大可用发电功率的一部分作为调频备用容量，由于光伏电站的备用调频容量r为一个比例数值，因此最终的备用功率为r
×
p。进一步地，光伏电站的控制中心根据r和r
×
p的大小进行计算，最终下发指令至各逆变器，从而实现光伏电站调频备用容量的实时调节。
[0110]
实施例2
[0111]
基于与本发明的实施例1中所示的方法相同的原理，如附图6所示，本发明的实施例中还提供了一种基于可变储备容量的光伏发电调频系统，包括第一获取单元、统计单元、第一处理单元、第一函数模型构建单元、第一输出单元、第二函数模型构建单元、第二输出单元、第二处理单元以及调节单元；
[0112]
所述第一获取单元，用于获取区域电网的历史频率数据；
[0113]
所述统计单元，用于根据所述历史频率数据，确定所述历史频率数据中各个周期内各个频率的概率分布；
[0114]
所述第一处理单元，用于根据所述概率分布生成概率分布图，确定所述频率双峰特征；
[0115]
所述第一函数模型构建单元，用于根据所述频率双峰特征，构建调频备用容量函数模型；
[0116]
所述第一输出单元，用于根据所述调频备用容量函数模型，确定光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例；
[0117]
所述第二函数模型构建单元，用于根据光伏电站实时最大可用发电功率，设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
[0118]
所述第二输出单元，用于利用所述备用容量修正函数模型对所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例进行修正，得到光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例；
[0119]
所述第二处理单元，用于根据所述光伏电站实时最大可用发电功率的第二比例与所述光伏电站实时最大可用发电功率，确定光伏电站调频备用容量；
[0120]
所述调节单元，用于根据所述光伏电站调频备用容量，利用逆变器对光伏电站的实时发电功率进行实时调节。
[0121]
可选的，统计单元包括分类单元、统计单元与生成单元；
[0122]
分类单元，用于将历史频率数据根据工作日时间和节假日时间进行分类，将历史频率数据根据工作日时间进行分类，得到第一类别历史频率数据，将历史频率数据根据节假日时间进行分类得到第二类别历史频率数据；
[0123]
统计单元，用于对第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据每一天的数据按照设定周期分别进行统计，获得各个周期内各个频率出现的次数；
[0124]
生成单元，用于统计第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据中在每天的相同周期各个频率出现的次数，生成第一类别历史频率数据与第二类别历史频率数据的每天的各个周期的频率概率分布图。
[0125]
可选的，处理单元包括：划分单元、第一确定单元与第二确定单元；
[0126]
划分单元，用于将频率划分为第一频率区间与第二频率区间；
[0127]
第一确定单元，用于确定第一频率区间内频率出现次数最大的第一频率值与第二频率区间内频率出现次数最大的第二频率值；
[0128]
第二确定单元，用于根据第一频率值与第二频率值的差值，得到频率双峰距离，将频率双峰距离作为频率双峰特征的值。
[0129]
可选的，第一函数模型构建单元包括：第二获取单元、第三确定单元、设置单元以及第一函数模型构建子单元；
[0130]
第二获取单元，用于获取光伏电站预留的最低调频容量、光伏电站预留的最高的调频容量以及光伏发电系统允许频率偏差；
[0131]
第三确定单元，用于根据频率双峰特征确定频率偏差；
[0132]
设置单元，用于根据频率偏差与光伏发电系统允许频率偏差的绝对值的比值，设置频率警戒系数；
[0133]
第一函数模型构建子单元，用于根据光伏电站预留的最低调频容量、光伏电站预留的最高的调频容量、光伏发电系统允许频率偏差以及频率警戒系数构建调频备用容量函数模型。
[0134]
可选的，设置单元包括：
[0135]
第四确定单元，用于确定光伏电站预留的最高调频容量比例与光伏电站预留的最低调频容量比例；
[0136]
设置子单元，用于通过设置所述频率警戒系数改变所述光伏电站实时最大可用发电功率的第一比例达到所述光伏电站预留的最高调频容量比例时所述频率偏差的阈值。可选的，第二函数模型构建单元包括第三获取单元、第二函数模型构建子单元与计算处理单元；
[0137]
第三获取单元，用于获取光伏电站实时最大可用发电功率与光伏电站的额定发电功率；
[0138]
第二函数模型构建子单元，用于设定调节系数，构建备用容量修正函数模型；
[0139]
计算处理单元，用于根据所述调节系数与所述光伏电站的额定发电功率，确定所述备用容量修正函数模型的参数，得到所述备用容量修正函数模型。
[0140]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。