[发明专利]一种虚拟电厂经柔性直流外送的二次调频控制方法及系统

说明书

本公开提出了一种虚拟电厂经柔性直流外送的二次调频控制方法及系统，包括负荷中心控制方案与虚拟电厂控制方案，负荷中心控制方案通过调用AGC机组与VSC‑HVDC系统的紧急功率支援(Emergency HVDC Power Support,EDCPS)，使控制区域内的频率偏差快速恢复至规定范围内；虚拟电厂控制方案通过模型预测控制，调整电解铝负荷消耗及火力机组出力，减少紧急功率支援过程中虚拟电厂内部的功率不平衡量，保证其安全运行。本公开设计了一种区域间二次调频控制策略，通过两区域间的交互，将负荷中心的控制指令通过前馈信号形式发送至虚拟电厂控制器，虚拟电厂内部功率不平衡量，保证工业电网运行过程中不出现较大频率偏差。

技术领域

本公开涉及电力系统需求响应与柔性直流输电相关技术领域，具体的说，是涉及一种虚拟电厂经柔性直流外送的二次调频控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

我国在能源分布与负荷需求上存在严重的逆向分布问题。我国的煤炭资源与风能资源具有高度重叠性，均主要分布在我国的西北及东北地区。由于煤炭及风能资源丰富，我国西北地区存在大量以重工业负荷为核心的工业电网。在该类工业电网中，往往包含配套的火力电厂与新能源发电厂，构成一个资源集中、功率密集且常常能源过剩的能源基地。反观我国的负荷中心，主要分布在环渤海、长三角、珠三角等经济发达地区，而这些地区能源严重匮乏。因此，能源分布与负荷需求的逆向分布决定了我国必须采用远距离、大规模、集中外送的输电方式实现区域间的资源互补。

在众多能源基地中，有一部分基地中的工业负荷具有较大的调节潜力，在适当的改造下可作为柔性负荷参与电力系统调控。以内蒙古通辽市霍林郭勒地区一个实际工业电网为例，该电网包含电解铝负荷、火力自备电厂、风电场以及少量居民负荷。其中，电解铝负荷具有功率密集、热惯性大、调节特性好等特点，是理想的需求侧调节资源，而与之配套的火力电厂也可在日常生产中根据负荷消耗情况与风电场的出力情况调整自身出力，维持工业电网内部的功率供需平衡，也是典型的发电侧调节资源。在该能源基地中，风电场、火力电厂与电解铝负荷在空间上分布相对集中，在发电容量、调节能力上可以实现整合互补，若能在保证其内部安全运行的前提下，对外整合为一个虚拟电厂，实现资源整合，则可以充分发掘能源基地的功率外送潜力，使其具有更高可控性以参与电力系统二次调频。

随着电力电子技术的逐步成熟，柔性直流输电(Voltage Source Control-HighVoltage Direct Current，VSC-HVDC)技术取得了长足发展并迅速成为一种电能传输的重要方式。相较于传统高压直流输电，柔性直流输电具有如下优势：(1)VSC-HVDC技术对交流系统强度的硬性要求较为宽松，适用于新能源电场如风电场的接入；(2)VSC-HVDC接入交流电网完全不需要配置交流无功补偿装置；(3)VSC-HVDC具有快速的功率调节能力，换流站可以在短时间内实现有功/无功功率的解耦控制，因此可以被应用于快速调节区域间不平衡功率。因此，若通过柔性直流输电技术实现能源基地的功率外送，不仅可以填补负荷中心的功率缺额，也可以有效提高能源基地内的新能源消纳能力，具有重大意义。

据发明人了解，目前能源基地直流外送的方式存在以下问题：(1)目前对能源外送的研究中，往往只考虑风电与火电打捆外送，对其中柔性负荷参与少有考虑；(2)现有柔性直流输电实现区域间频率控制的研究中，多研究一次调频范畴，二次调频研究相对较少，其中对于二次调频的控制器改进设计也较少；(3)现有研究的控制策略中，通过优化方法减少调节行为对能源基地运行的负面影响的研究较少。

发明内容