一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法技术

本发明专利技术公开了一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法，基于自校正控制思想，设计关于参与频率调节的各光伏电站的功率给定值的自校正控制模型，在光照随机波动下提前校正各电站出力，实现在频率明显变化前调节源侧各电站出力给定值以发挥光伏电站快速响应优势提前补偿系统功率缺额，相较传统一次调频需等待系统出现较大频差再行调频的弱点，可实现更好的频率主动支撑性能。可实现更好的频率主动支撑性能。可实现更好的频率主动支撑性能。

【技术实现步骤摘要】
一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法


[0001]本专利技术属于光伏发电领域，尤其涉及一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法。

技术介绍

[0002]截至2020年底，我国可再生能源发电装机总规模达9.3亿千瓦，占总装机比重达到42.4％，其中光伏发电装机达2.5亿千瓦。在光伏高渗透率电网运行背景下，光伏出力的随机性与波动性为电力系统的运行控制带来了挑战。如何抑制源侧波动对系统频率性能的影响，如何合理配置备用调节资源成为当前主要问题。
[0003]目前，针对该问题，在理论上通过提升光伏功率超短期预测精度并提前合理分配各光伏电站承担有功出力值可以在分钟级时间尺度有效减小光伏出力波动程度。在预测方法上，主要分为统计方法与物理方法两种。在统计方法上，可以通过对光伏电站历史数据的探索性分析，对比多种回归预测模型，对影响功率的因素建立神经网络与非线性拟合的组合预测模型。在物理方法上，以地基云图所采集日间天空图像为基础为光伏电站0～4h的超短期功率精确预测提供了方法，有学者则在此基础上提前预测云图变化提高了云图数据的准确性从而为超短期功率预测精度提升奠定了基础。然而，上述功率预测方法通常仅能为15min级周期左右超短期调度提供参考功率基点预测值，对于秒级短时间尺度的未来无规则光照小扰动缺乏可靠的预知能力，难以实现出力在秒级短时间上的平稳性，进而导致光伏渗透率提高时系统频率更易发生波动。
[0004]进一步对于该问题，现阶段主要通过储能装置补偿光伏出力波动以平滑光伏有功输出曲线，使光伏实际输出有功尽量在短时秒级小扰动下保持对超短期调度值的准确跟随。然而该方法本质上仍基于储能低通滤波被动滤除光伏高频波动分量，必然存在时间上的滞后性，且考虑到储能配置的经济性问题，难以大规模推广。同时，考虑到现已普遍要求新能源场站按额定功率10％风力发电作为一种绿色清洁能源，装机容量快速增长。据行业统计，2018年新增并网风电装机2059万千瓦，累计并网装机容量达到1.84亿千瓦，占全部发电装机容量的9.7％。随着风力发电的快速发展，风力发电已经成为系统中的主力电源，迫切需要风电参与电网一次频率响应，提升电网的频率安全稳定水平。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法。首先提出了光伏电站频率主动支撑控制系统模型，理论分析了光伏高渗透率电力系统抑制该秒级小扰动的必要性，其次基于前馈控制对扰动的补偿作用与自校正控制对不确定扰动导致控制性能变化的抵御能力，设计了基于前馈补偿的有功自校正控制器，该控制器通过自适应无规则光照扰动动态校正光伏有功给定值，最终实现总实际出力仍能在无规则光照扰动下对超短期调度值的秒级精确跟随。
[0006]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法，包括光伏电站有功补偿自校正控制器设计，在光照随机无规则变化下系统实际输出功率最大精度跟随给定值，实现主动补偿，具体如下：
[0007]1)首先将全系统小信号等效传递函数模型离散化后整理为以下形式：
[0008]A(z
‑1)y(k)＝z
‑
d
B(z
‑1)u(k)+C(z
‑1)ξ(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0009]式中y(k)为系统实际输出，表示各光伏电站在扰动下的有功实际输出功率；u(k)为系统控制输入，表示校正后各电站承担的有功功率值；ξ(k)为扰动输入，表示受扰光伏电站处的辐射强度随机无规则变化量；z是z变换算子，A,B,C是状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵z变换之后的结果；
[0010]2)选择控制性能指标函数为：
[0011]J＝(y(k+d)
‑
y
r
(k+d))2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]式中y
r
(k+d)为第k+d步的期望有功输出，y(k+d)为第k+d步的实际有功输出；
[0013]3)使控制性能指标函数J取得最小值的第k步最优控制u(k)满足：
[0014]F(z
‑1)u(k)＝C(z
‑1)y
r
(k+d)
‑
G(z
‑1)y(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式中F(z
‑1),G(z
‑1)满足以下关系：
[0016]F(z
‑1)＝B(z
‑1)E(z
‑1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017][0018]式中E(z
‑1)为C(z
‑1)被A(z
‑1)除的商；
[0019]4)实际系统的小信号等效传递函数模型对应传递函数为：
[0020][0021]其中Δf为系统当前频率和50Hz的差值，ΔP为所有光伏电站并网公共节点处的母线总功率变化量；
[0022]G(s)离散化后将其转化为式(1)所示标准形式，然后结合式(3)～式(5)，在k时刻计算出使k+d时刻有功跟随误差最小的控制量u(k)，即提前生成k+d时刻的光伏电站有功参考序列并下发，补偿后使得k+d时刻的有功跟踪误差最小。
[0023]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：
[0024]本专利技术提出一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制策略略，理论研究和仿真分析表明，通过检测到受扰光伏处光照随机扰动后预测并提前校正其他电站未来需调节出力值可主动补偿受扰光伏出力变化，有效提升系统频率响应性能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的光伏电站频率主动支撑控制系统模型；
[0026]图2为本专利技术实施例中的仿真拓扑；
[0027]图3为本专利技术实施例中模拟光照辐射强度变化；
[0028]图4为本专利技术实施例中的算例结果1；
[0029]图5为本专利技术实施例中的算例结果2；
[0030]图6为系统对应的等效理论小信号模型。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0032]本专利技术还有其它不同的实施方式，各种实施方式中的细节可以在不偏离本专利技术的情况下进行各种明显的改进。因此，附图和说明书是要阐释实质问题而非限制性的。
[0033]本专利技术所述的平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法，包括下述实施内容：
[0034]第一，自校正控制用于频率主动支撑控制的意义。
[0035]实施自校正控制的目的在于最大限度地减小干扰对系统的影响，即自适应校正控制量使得系统实际输出能最大精度地跟随期望输出。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平抑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制方法，其特征在于：所述方法包括光伏电站有功补偿自校正控制器设计，具体如下：1)首先将全系统小信号等效传递函数模型离散化后整理为以下形式：A(z
‑1)y(k)＝z
‑
d
B(z
‑1)u(k)+C(z
‑1)ξ(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中y(k)为系统实际输出，表示各光伏电站在扰动下的有功实际输出功率；u(k)为系统控制输入，表示校正后各电站承担的有功功率值；ξ(k)为扰动输入，表示受扰光伏电站处的辐射强度随机无规则变化量；z是z变换算子，A,B,C是状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵z变换之后的结果；2)选择控制性能指标函数为：J＝(y(k+d)
‑
y
r
(k+d))2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中y
r
(k+d)为第k+d步的期望有功输出，y(k+d)为第k+d步的实际有功输出；3)使控制性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，马军，王运，朱建军，孙小湘，蒙飞，孙阳，常鹏，陈海东，李江鹏，李桐，孙睿哲，彭佩佩，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司，
类型：发明
国别省市：