[发明专利]一种计及调速器死区与限幅环节的机组组合优化方法

说明书

本发明公开了属于电力系统调频技术领域的一种计及调速器死区与限幅环节的机组组合优化方法。包括步骤1：获取全网同步机组的关键调频参数；步骤2：计及调速器普通型死区和调速器限幅两种非线性环节，在惯性中心频率下，构建多机频率响应模型；步骤3：对多机频率响应模型进行差分离散化处理，从而构建动态频率约束；步骤4：建立机组组合的目标函数和常规运行约束，将动态频率约束加入传统机组组合模型中，通过大M法将其转换为混合整数线性模型并进行优化求解，得到机组开机计划及备用容量配置。本发明能更好地刻画动态频率约束对机组开机方式与备用配置方案的影响，同时进一步指导机组旋转备用的合理配置，兼顾系统经济性。

技术领域

本发明涉及电力系统调频技术领域，尤其涉及一种计及调速器死区与限幅环节的机组组合优化方法。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”的目标下，我国未来将大力发展可再生能源，并计划于2050年将一次能源中可再生能源的份额提升至60％以上。虽然大规模可再生能源的接入可有效缓解能源危机，但由于可再生能源出力的波动性及对电网表现出的弱惯量特性，导致在电网内发生大功率缺额扰动之后，可再生能源对系统频率的支撑效果不够理想，甚至可能造成频率的二次跌落，因此同步机依然承担主要的调频作用。

系统的频率响应能力取决于所有运行机组的备用储备，由机组组合方案确定。传统机组组合模型的研究大多以经济性目标为主，在系统安全约束方面，由于常规发电机必备一次调频功能，主要侧重于N-1安全校核问题。如今，不断提升的可再生能源占比将进一步降低系统惯量水平和频率响应能力，系统频率失稳问题愈发迫切。因此，深入研究含动态频率约束的机组组合问题对保证系统频率安全稳定具有重要意义。

发电机的调速器死区与限幅环节对系统频率动态过程影响显著，忽略该影响可能导致对频率的估计过于乐观，进一步导致优化方案的机组开机不足，不能保障大功率缺额扰动下的频率稳定。另一方面，机组的备用储备水平直接决定了机组的调频支撑能力，目前采用固定比例来应对调频需求的方案，易导致备用储备不足或过剩，具有一定的盲目性和局限性。

针对上述问题，需要一种计及调速器死区与限幅环节的机组组合优化方法。此方法能够通过获取全网同步机组的所有调频参数，包括惯量、调差系数、再热时间常数等，构建计及机组调速器死区与限幅环节的多机频率响应模型；通过欧拉法/前向差分法对多机频率响应模型进行差分离散化处理，得到一组系统频率与机组机械功率的时域差分方程组，构造动态频率约束；在传统机组组合模型的基础上，考虑动态频率约束以合理配置旋转备用、制定调度计划。

发明内容

本发明的目的是提出一种计及调速器死区与限幅环节的机组组合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取全网同步机组的关键调频参数，包括惯量、调差系数、再热时间常数、高压涡轮功率分数、阻尼系数和扰动功率；

步骤2：计及调速器普通型死区和调速器限幅两种非线性环节，在惯性中心频率下，构建多机频率响应模型；

步骤3：通过欧拉法和前向差分法对步骤2构建的多机频率响应模型进行差分离散化处理，得到一组系统频率与机组机械功率的时域差分方程组，从而构建动态频率约束；

步骤4：建立机组组合的目标函数和常规运行约束，将步骤3构建的动态频率约束加入传统机组组合模型中，通过大M法将此含动态频率约束的机组组合模型转换为混合整数线性模型并进行优化求解，得到机组开机计划及备用容量配置。

所述步骤2中的多机频率响应模型如下：