含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法、设备及介质技术方案

本发明专利技术涉及电力系统频率控制领域，尤其涉及一种含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法、设备及介质，方法包括：基于双馈型抽水蓄能机组在不同工况下的运行控制特性，分别构建机组频率控制模型；构建含有常规火电机组以及双馈型抽水蓄能机组的单区域系统负荷频率控制模型；构建单区域系统的负荷频率控制器，并定义状态空间和动作空间，与机组频率控制模型进行交互，确定以最小化系统频率偏差及调频出力为优化目标的奖励函数；引入随机的系统内部参数变化与外部功率扰动进行试错探索，训练负荷频率控制器在不同场景下，可根据系统状态确定符合优化目标的各机组调频指令；通过训练后的负荷频率控制器，采集系统状态信息，对系统负荷频率进行控制。荷频率进行控制。荷频率进行控制。

【技术实现步骤摘要】
含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及电力系统频率控制领域，尤其涉及一种含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]具有随机性和波动性的风光能源大规模接入给电网带来了极强的不确定性，进而使得电网的频率特性严重恶化。为保证新型电力系统的频率稳定，迫切需要在寻求新型调频手段的同时，采取更加有效的频率控制方法。
[0003]双馈型变速抽水蓄能机组是近年来抽水蓄能机组领域的研究与建设热点，由于其可在一定范围内实现变速运行，双馈型抽水蓄能机组在抽水工况上也能连续控制输出功率并且具有更加灵活的调节能力，因此具备优于传统抽水蓄能机组的调频潜能，是直的选用的新型调频手段。另一方面，随着电力系统复杂程度的提升，基于深度强化学习的数据驱动控制方法逐渐取代了传统PI（proportional integral，比例积分）控制，成为负荷频率控制领域的研究热点，其中又以具有连续动作空间的DDPG（Deep Deterministic Policy Gradient，深度确定性策略梯度）算法为典型代表。因其不依赖于精准详细的系统模型并具有较强的自适应能力与学习能力，基于DDPG算法的频率控制算法可以通过合理的训练适应新型电力系统中的多种不确定场景，获得优良的频率控制性能。
[0004]然而目前对于双馈型抽水蓄能机组参与频率控制的研究主要还集中在机组级控制策略的构建上，鲜有涉及与其他机组配合的系统级控制，而基于数据驱动的负荷频率控制领域也未见考虑双馈型抽水蓄能机组参与的场景。初次之外，现有深度强化学习控制方法在训练过程中没有完全考虑新型电力系统的不确定性，所构建的频率控制器在不同场景下的适应性有待提高。
[0005]公开于该
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部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法、设备及介质，从而有效解决
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中的问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，包括如下步骤：基于双馈型抽水蓄能机组在不同工况下的运行控制特性，分别构建其在发电与抽水工况下的机组频率控制模型；考虑大规模风电接入给电力系统带来的影响，构建含有常规火电机组以及双馈型抽水蓄能机组的单区域系统负荷频率控制模型；利用DDPG算法构建所述单区域系统的负荷频率控制器，并定义状态空间和动作空间，与所述机组频率控制模型进行交互，在考虑机组运行约束的基础上，确定以最小化系统
频率偏差及调频出力为优化目标的奖励函数；预学习阶段，引入随机的系统内部参数变化与外部功率扰动进行试错探索，训练所述负荷频率控制器在不同场景下，可根据系统状态确定符合优化目标的各机组调频指令；通过训练后的所述负荷频率控制器，采集系统状态信息，对系统负荷频率进行控制。
[0008]进一步地，所述分别构建其在发电与抽水工况下的机组频率控制模型中，构建双馈型抽水蓄能机组在发电与抽水工况下的两种调频控制策略，从而形成所述机组频率控制模型；两种所述调频控制策略包括：发电工况下，将一次调频功率指令与二次调频功率指令叠加形成总的控制指令，交由变流器实现对于机组有功功率的直接快速控制，为频率调节提供功率支撑；抽水工况下，利用PD控制器将检测所得频率偏差转换为附加转速指令作为一次调频指令，二次调频指令同样给定转速指令，两者叠加形成总控制指令交由变流器先实现对于机组转速的快速控制，再利用水泵的转速与有功功率关系得到相应的调频出力变化。
[0009]进一步地，所述机组频率控制模型包括变流器模块、转速与功率的关系模块及两种工况下的一次、二次调频模块；所述变流器模块用于描绘转子电流的跟踪过程，并反映变流器对于控制指令的响应能力：；其中为转子电流参考值，为转子电流实际值，为变流器的控制指令变化，为实际控制量变化，为变流器响应时间常数，s为微分算子；转速与功率的关系模块反映了抽水工况下，双馈型抽水蓄能机组转速变化与有功功率变化的函数关系，通过将水泵水轮机综合特性曲线中水泵输出功率与转速的多项式进行线性化得到：；
[0010]其中k为水泵输出功率与转速的多项式曲线在水泵最佳运行点处的斜率；发电工况下的一次、二次调频模块描述了由一次调频功率指令和二次调频功率指令叠加后通过变流器获得调频出力的过程：
；
[0011]抽水工况下的一次、二次调频模块描述了由一次调频转速指令和二次调频转速指令叠加后通过变流器获得调频转速变化，再进一步根据转速与功率的关系模块获得调频出力的过程：。
[0012]进一步地，所述考虑大规模风电接入给电力系统带来的影响，包括：引入常规同步机组发电系数K，即常规同步发电机组容量和系统总容量的比值，来表征风电的渗透程度，进而描述风电接入对于系统内部参数的改变，所述改变具体包括系统的惯性时间常数H、常规火电机组的调差系数以及调频出力限制均减小为原来的K倍，即风电接入后，系统的等效惯性时间常数，常规火电机组的等效调差系数，等效调频出力限制；将风电场实际出力与预测功率之间的偏差作为负的负荷扰动加入到系统负荷频率控制模型中，用于反映因风电出力具有随机性造成的系统有功功率不平衡。
[0013]进一步地，所述单区域系统负荷频率控制模型中还包括：常规火电机组的频率控制模型和发电机
‑
负荷模型；所述负荷频率控制器的输入信号为单区域系统的频率偏差，输出为常规火电机组的二次调频指令与双馈型抽水蓄能机组的二次调频指令，其中发电工况为，抽水工况为；在加入系统频率控制模型时添加调频出力限制以及发电速率限制，常规火电机组的调频出力为：；
[0014]其中为火电机组调速器时间常数，为火电机组汽轮机时间常数；双馈型抽水蓄能机组的频率控制模型在加入系统负荷频率控制模型时也添加上调频出力限制以及发电速率限制；含双馈型抽水蓄能机组的单区域系统的发电机
‑
负荷模型为：；
[0015]其中D为负荷的频率调节效应系数，为负荷功率扰动。
[0016]进一步地，所述利用DDPG算法构建所述单区域系统的负荷频率控制器，包括：定义状态空间为系统频率偏差的比例、微分和积分值，以及各机组有功功率输出的集合，动作空间为各机组二次调频指令的集合；
定义奖励函数R包含三个部分，用于描述主要优化目标的基本项O，仿真提前终止的惩罚项F以及控制满足要求的正奖励项M，其中F和M用于在保证训练结果合理的同时提高预学习的速度；以系统频率偏差以及火电机组调频出力、双馈型抽水蓄能机组调频出力最小为优化目标，奖励函数的基本项为：；
[0017]式中、、为权重系数；将机组转速变化约束与限制共同作为仿真的提前终止条件，若机组的转速变化超出限制或过大，则仿真提前终止并给F赋值一个大于设定阈值的负数，否则F为0；若能够维持在设定的范围内，则给M赋值一个大于设定阈值的正数，否则M为0；最终确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：基于双馈型抽水蓄能机组在不同工况下的运行控制特性，分别构建其在发电与抽水工况下的机组频率控制模型；考虑大规模风电接入给电力系统带来的影响，构建含有常规火电机组以及双馈型抽水蓄能机组的单区域系统负荷频率控制模型；利用DDPG算法构建所述单区域系统的负荷频率控制器，并定义状态空间和动作空间，与所述机组频率控制模型进行交互，在考虑机组运行约束的基础上，确定以最小化系统频率偏差及调频出力为优化目标的奖励函数；预学习阶段，引入随机的系统内部参数变化与外部功率扰动进行试错探索，训练所述负荷频率控制器在不同场景下，可根据系统状态确定符合优化目标的各机组调频指令；通过训练后的所述负荷频率控制器，采集系统状态信息，对系统负荷频率进行控制。2.根据权利要求1所述的含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，其特征在于，所述分别构建其在发电与抽水工况下的机组频率控制模型中，构建双馈型抽水蓄能机组在发电与抽水工况下的两种调频控制策略，从而形成所述机组频率控制模型；两种所述调频控制策略包括：发电工况下，将一次调频功率指令与二次调频功率指令叠加形成总的控制指令，交由变流器实现对于机组有功功率的直接快速控制，为频率调节提供功率支撑；抽水工况下，利用PD控制器将检测所得频率偏差转换为附加转速指令作为一次调频指令，二次调频指令同样给定转速指令，两者叠加形成总控制指令交由变流器先实现对于机组转速的快速控制，再利用水泵的转速与有功功率关系得到相应的调频出力变化。3.根据权利要求2所述的含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，其特征在于，所述机组频率控制模型包括变流器模块、转速与功率的关系模块及两种工况下的一次、二次调频模块；所述变流器模块用于描绘转子电流的跟踪过程，并反映变流器对于控制指令的响应能力：；其中为转子电流参考值，为转子电流实际值，为变流器的控制指令变化，为实际控制量变化，为变流器响应时间常数，s为微分算子；转速与功率的关系模块反映了抽水工况下，双馈型抽水蓄能机组转速变化与有功功率变化的函数关系，通过将水泵水轮机综合特性曲线中水泵输出功率与转速的多项式进行线性化得到：；
其中k为水泵输出功率与转速的多项式曲线在水泵最佳运行点处的斜率；发电工况下的一次、二次调频模块描述了由一次调频功率指令和二次调频功率指令叠加后通过变流器获得调频出力的过程：；抽水工况下的一次、二次调频模块描述了由一次调频转速指令和二次调频转速指令叠加后通过变流器获得调频转速变化，再进一步根据转速与功率的关系模块获得调频出力的过程：。4.根据权利要求1所述的含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，其特征在于，所述考虑大规模风电接入给电力系统带来的影响，包括：引入常规同步机组发电系数K，即常规同步发电机组容量和系统总容量的比值，来表征风电的渗透程度，进而描述风电接入对于系统内部参数的改变，所述改变具体包括系统的惯性时间常数H、常规火电机组的调差系数以及调频出力限制均减小为原来的K倍，即风电接入后，系统的等效惯性时间常数，常规火电机组的等效调差系数，等效调频出力限制；将风电场实际出力与预测功率之间的偏差作为负的负荷扰动加入到系统负荷频率控制模型中，用于反映因风电出力具有随机性造成的系统有功功率不平衡。5.根据权利要求1所述的含双馈型抽水蓄能机组系统频率控制方法，其特征在于，所述单区域系统负荷频率控制模型中还包括：常规火电机组的频率控制模型和发电机
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负荷模型；所述负荷频率控制器的输入信号为单区域系统的频率偏差，输出为常规火电机组的二次调频指令与双馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：史林军，劳文洁，杜天驰，王一舟，吴峰，李杨，林克曼，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：