一种火储联合一次调频控制方法和装置与流程

1.本发明涉及火储联合调频技术领域，尤其涉及一种火储联合一次调频控制方法和装置。


背景技术：

2.在电力系统实际运行中，需要将电力系统频率维持在一定水平，为用户提供安全可靠的电能。例如，工业中各种旋转设备的转速都是和电力系统频率相关的，如果频率过大或过小，都会对工业产品的质量造成影响，因此频率不能维持在合理水平，会造成严重后果，甚至危害社会稳定和人民的生命财产安全。在过去，由于电力系统互联规模的提高，电力系统的频率稳定性也不断增强，系统内一度淡化了频率安全的重要性。但近些年来高比例新能源不断地并入电力系统，由于新能源不具备以火电、水电为主的传统能源所具备的转动惯量及一次调频能力以及新能源出力具有较强的不确定性，因此电力系统的一次调频基本只能依赖火电机组，这使电力系统的频率安全受到了威胁。
3.现有工作为火电机组配置储能设备进行火储联合一次调频，并且在火储联合一次调频时遵守上层(电网)明确提出的一次调频考核要求以应对上述威胁。
4.但是，实际过程中由于缺乏能够满足考核要求的火储联合一次调频控制策略，大部分火储联合一次调频难以满足期望。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种火储联合一次调频控制方法和装置，其能使得火储联合一次调频响应上层考核要求，进而使电力系统频率维持在合理区间，确保电力系统安全和用户的用电安全。
6.第一方面，本发明提供一种火储联合一次调频控制方法，所述方法包括：
7.获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；
8.基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；
9.基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
10.根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值，包括：
11.获取电网的典型一次调频曲线；
12.基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束；
13.基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值。
14.根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述典型一次调频曲线如下所
示：
15.δf(t)＝-te-bt
[0016][0017]
其中，δf(t)为电网在调频时刻t时的频率增量，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数。
[0018]
根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束，包括：
[0019]
基于所述典型一次调频曲线以及所述火储联合机组一次调频的理论出力计算式和积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的理论最大出力计算式和理论积分电量计算式；
[0020]
基于所述典型一次调频曲线、所述火储联合机组一次调频的传递函数以及所述积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的实际最大出力计算式和实际积分电量计算式；
[0021]
构建所述最大出力约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论最大出力与所述功率考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际最大出力；
[0022]
构建所述积分电量约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论积分电量与所述积分电量考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际积分电量。
[0023]
根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述最大出力约束如下所示：
[0024][0025]
所述积分电量约束，如下所示：
[0026][0027]
其中，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数，s
p
为所述功率考核因子，sd为所述积分电量考核因子，为所述火储联合机组的一次调频持续时间，tg为所述火储联合机组的一阶惯量时间常数。
[0028]
根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述历史pmu数据中包括所述火储联合机组的历史一次调频的最大频降时间和持续时间；
[0029]
所述基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值，包括：
[0030]
所述基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值，包括：
[0031]
将任一所述历史一次调频的最大频降时间代入所述最大出力约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值；
[0032]
将任一所述历史一次调频的最大频降时间和持续时间代入所述积分电量约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第二临界值；
[0033]
选取任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值和第二临界值中的最小值，作为任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值；
[0034]
将所有历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值中的最小值作为所述一阶惯量时间常数阈值。
[0035]
根据本发明提供的火储联合一次调频控制方法，所述基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制，包括：
[0036]
基于电网的频率增量、所述火储联合机组中的火电机组依据所述频率增量自发进行一次调频时的电功率增量和所述火电机组的转动惯量，计算所述火电机组的机械功率增量；
[0037]
将所述频率增量和所述一阶惯量时间常数阈值代入所述火储联合机组一次调频的传递函数中，求解所述火储联合机组的出力增量；
[0038]
将所述火储联合机组的出力增量与所述机械功率增量的差值作为所述火储联合机组中储能设备的出力增量；
[0039]
基于所述储能设备的出力增量控制所述储能设备，以实现所述火储联合机组的一次调频。
[0040]
第二方面，本发明提供一种火储联合一次调频控制装置，所述装置包括：
[0041]
获取模块，用于获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；
[0042]
一阶惯量时间常数阈值确定模块，用于基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；
[0043]
一次调频控制模块，用于基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0044]
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述火储联合一次调频控制方法。
[0045]
第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述火储联合一次调频控制方法。
[0046]
本发明提供一种火储联合一次调频控制方法和装置，包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。本发明提供的控制方式，能使火储联合一次调频响应满足上层考核要求，进而使电力系统频率维持在合理区间，确保电力系统安全和用户的用电安全。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1是本发明提供的火储联合一次调频控制方法的流程示意图；
[0049]
图2是本发明提供的火储联合参与一次调频的实施示例图；
[0050]
图3是本发明提供的某火电机组一次调频频率曲线示意图；
[0051]
图4是本发明提供的某火电机组一次调频出力曲线示意图；
[0052]
图5是本发明提供的火储联合参与一次调频的机组出力调整曲线示意图；
[0053]
图6是本发明提供的火储联合一次调频控制装置的结构示意图；
[0054]
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图；
[0055]
附图标记：
[0056]
710：处理器；720：通信接口；730：存储器；740：通信总线。
具体实施方式
[0057]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
下面结合图1-图7描述本发明的火储联合一次调频控制方法和装置。
[0059]
第一方面，火电是电网中一次调频任务的主要承担者。一次调频过程中，火电机组通过调节主汽门开度，利用锅炉蓄热快速响应频率变化。一般而言，火电机组一次调频过程是由配备协调控制系统和汽轮机数字电液控制系统共同完成的，以保证一次调频响应的快速性与持续性。实际过程中，火电机组一次调频存在很多问题，例,..如(1)主汽门的阀门流量特性曲线和主汽压力会显著影响火电机组能否全程良好参与一次调频；(2)不抑制二次调频有可能会导致二次调频指令方向与一次调频动作方向相反的现象；(3)由于频繁参与一次调频造成磨损，也会影响火电机组的一次调频性能。由于以上问题的存在，实际的火电机组一次调频能力往往无法满足需求。也即电力系统的频率安全受到了威胁。因此，如何提高火电机组一次调频能力成为目前研究的一个热点。其中，由于储能调频具有快速性和很强的定制能力，可以很好的弥补火电机组一次调频控制存在的非线性、响应时间慢的缺点，因此火电机组配置快速响应的电池储能是应对系统频率安全挑战的重要方案。
[0060]
系统运行时，为了控制系统频率处于合理的区间内，对火储联合机组(火电机组配置快速响应的电池储能而得到的)参与一次调频存在着考核要求。但是由于目前对火储联合调频的研究主要集中在二次调频控制方面，对于火储联合参与一次调频方面，并未有考虑到电网考核要求的一次调频控制方案被提出，致使许多火储联合机组的一次调频不满足要求。
[0061]
为此，本发明提供一种能够满足考核要求的火储联合一次调频控制方法，如图1所示，所述方法包括：
[0062]
s11、获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；
[0063]
各区域电网一次调频的考核要求有所差异，但对于电量考核(持续性)和响应速度考核(快速性)存在共性，为了衡量电量和响应速度，电网通常会考核一段时间内的最大出力与一次调频过程中的积分电量，基于此，实际上本发明基于最大出力和积分电量制定火储联合一次调频控制策略，为此需获得电网会下达功率考核因子和积分电量考核因子。
[0064]
s12、基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；
[0065]
理想的一次调频期望火储联合机组出力与频率的变化呈现出严格的比例关系：
[0066]
δpg(t)＝-kgδf(t)
[0067]
其中，kg为火储联合机组的功率频率静态特性系数，一般而言为转差率的倒数，实际工程中根据火电机组实际情况给定(一般为4％-5％)，δpg(t)为火储联合机组在调频时刻t的出力增量，δf(t)为电网在调频时刻t的频率增量。最大出力中也体现出了这一点，即要求调频增量δpg和频率增量δf之间的比例系数满足要求。
[0068]
然而在实际过程中，由于延时必然存在的影响，火储联合机组的出力变化并不能完全符合比例关系，而是存在时间上的滞后以及幅度上的差异，这种情况也是在所难免的。在此情况下，在保证电网一次调频能力的前提下，在考核时也留出了一定的裕度，允许一次调频响应存在一定延时，但延时不能过大，需要满足响应快速性的要求。因此，考核标准一方面要求调频增量δpg和频率增量δf的比例系数足够大，另一方面要求调频响应的延时足够小。考虑最简单的函数形式，火储联合机组一次调频的传递函数如下：
[0069][0070]
其中，tg为一阶惯性时间常数。tg越大，调频的响应速度会变慢。因此，电网考核指标的内涵，一是要求kg足够大，即kg≥k
gc
，二是要求tg足够小，即tg≤t
gc
。k
gc
为kg的阈值，k
gc
为tg的阈值。
[0071]
电网考核指标中一般对k
gc
有明确的要求，而没有针对t
gc
的直接要求，但可以找到一个阈值t
gc
，只要tg≤t
gc
，机组调频就能更满足指标要求。
[0072]
s13、基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0073]
本发明提供的火储联合一次调频控制方法能使火储联合一次调频响应上层考核要求，进而使电力系统频率维持在合理区间，确保电力系统安全和用户的用电安全。
[0074]
具体的，所述s12，包括：
[0075]
s12.1：获取电网的典型一次调频曲线；
[0076]
s12.2：基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束；
[0077]
s12.3：基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值。
[0078]
进一步的，所述s12.1中典型一次调频曲线如下所示：
[0079]
δf(t)＝-te-bt
[0080][0081]
其中，δf(t)为电网在调频时刻t时的频率增量，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数。
[0082]
进一步的所述s12.2，包括：
[0083]
s12.2.1：基于所述典型一次调频曲线以及所述火储联合机组一次调频的理论出力计算式和积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的理论最大出力计算式和理论积分电量计算式；
[0084]
s12.2.2：基于所述典型一次调频曲线、所述火储联合机组一次调频的传递函数以及所述积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的实际最大出力计算式和实际积分电量计算式；
[0085]
s12.2.3：构建所述最大出力约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论最大出力与所述功率考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际最大出力；
[0086]
s12.2.4构建所述积分电量约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论积分电量与所述积分电量考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际积分电量。
[0087]
载进一步的，所述s12.2.3中所述最大出力约束如下所示：
[0088][0089]
所述s12.2.4中所述积分电量约束，如下所示：
[0090][0091]
其中，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数，s
p
为所述功率考核因子，sd为所述积分电量考核因子，为所述火储联合机组的一次调频持续时间，tg为所述火储联合机组的一阶惯量时间常数。
[0092]
本发明需要构造一条典型一次调频曲线，因为一次调频过程中频率曲线多种多样，如不构造典型一次调频曲线则不能找到统一的方法进行解析。对于构造典型一次调频曲线的方法目前也有很多相关研究，本发明直接采用现有的而不对其具体分析。
[0093]
本发明典型一次调频曲线的时域表达式为：
[0094]
δf(t)＝-ae-bt
[0095][0096]
其中，a、b为待求量，与频率曲线的特性有关；tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间。
[0097]
火储联合机组一次调频的理论出力计算式为：
[0098]
δpa(t)＝-kgδf(t)
[0099]
火储联合机组一次调频的积分电量计算式为：
[0100][0101]
其中，δpa(t)为火储联合机组在调频时刻t的一次调频出力，δda为火储联合机组一次调频的积分电量，a0为一次调频开始时间，b0为结束时间。
[0102]
基于典型一次调频曲线和火储联合机组一次调频的理论出力计算式，可得火储联合机组一次调频的理论最大出力计算式为：
[0103][0104]
设一次调频开始于0时刻且持续时间为基于δpa(t)和火储联合机组一次调频的积分电量计算式，可得火储联合机组一次调频的理论积分电量计算式为：
[0105][0106]
基于火储联合机组一次调频的传递函数和所述典型一次调频曲线，可得火储联合机组一次调频的实际出力计算式为：
[0107][0108]
因此，火储联合机组一次调频的实际最大出力计算式为：
[0109][0110]
基于δpa(t)和火储联合机组一次调频的积分电量计算式，可得火储联合机组一次调频的实际积分电量计算式为：
[0111][0112]
即：
[0113][0114]
设s
p
为功率考核因子，sd为积分电量考核因子，两者均为百分数，则有最大出力约束：
[0115]sp
δp
emax
＝δp
gmax
[0116]
解得：
[0117][0118]
另有积分电量约束：
[0119]
sdδda＝δdg[0120]
解得：
[0121][0122]
分析最大出力约束和积分电量约束，可知tg的选取仅与s
p
、sd、和b有关，和a并无关系，因此典型一次调频曲线的时域表达式δf(t)＝-ae-bt
可简化为δf(t)＝-te-bt
。
[0123]
值得注意的是，电网对火储联合机组最大出力的考核大都为一段时间内的最大出力情况，而本发明的推导过程并未考虑时间约束，tm为全过程中系统频率的最大频降时间。这是因为一次调频过程中tm出现的时刻一般在前15s内。如果出现tm非常大的特殊情况，则本公式需要作进一步的修正。
[0124]
本发明构造典型一次调频曲线，以借助典型一次调频曲线推导最大出力约束和积分电量约束，为tg的阈值选定奠定基础。
[0125]
具体的，所述历史pmu数据中包括所述火储联合机组的历史一次调频的最大频降出现时间和持续时间；
[0126]
所述s12.3，包括：
[0127]
s12.3.1：将任一所述历史一次调频的最大频降时间代入所述最大出力约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值；
[0128]
s12.3.2：将任一所述历史一次调频的最大频降时间和持续时间代入所述积分电
量约束中求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第二临界值；
[0129]
s12.3.3：选取任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值和第二临界值中的最小值，作为任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值；
[0130]
s12.3.4：将所有历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值中的最小值作为所述一阶惯量时间常数阈值。
[0131]
可以明确的是，t
gc
的取值如果足够小，会无限趋近于式δpg(t)＝-k
gc
δf(t)，即一次调频机组出力与频率的变化呈现出严格的比例关系。t
gc
取值过小会对储能提出更高的要求。因此，我们应该在满足一次调频考核要求的前提下确定一个尽可能大的t
gc
。
[0132]
历史pmu数据中包括所述火储联合机组的n条一次调频曲线(该曲线中仅关注tm和)，则通过最大出力约束和积分电量约束，可解出第i条(i≤n)调频曲线在最大出力约束下一阶惯量时间常数的取值t
gcpi
和在积分电量约束下一阶惯量时间常数的取值t
gcdi
，然后将t
gci
＝min{t
gcpi
,t
gcdi
}，得到第i条(i≤n)调频曲线的一阶惯量时间常数阈值t
gci
；
[0133]
遍历完n条频率曲线的t
gci
后，将t
gc
＝min{t
gci
}(i≤n)，得到火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值t
gc
。
[0134]
由于电网不断发展，相关的特性也会变化，因此应每隔一段时间应对t
gc
进行更新，以保证该控制策略出力可以满足考核要求。
[0135]
延时在整个一次调频过程中是必然存在的，由于火储联合参与一次调频的过程中火电机组按照既有模式参与一次调频，因此不需要考虑火电机组的延时，仅需考虑与整体以及储能有关的延时。储能本身从接收指令到发出功率具有百毫秒级的延时，除此之外，频率、电功率的测量环节也存在一定延时，信号传输的延时较小可以忽略。在t
gc
的参数确定中，是没有考虑延时的影响的，这就可能会导致t
gc
的取值偏大不满足考核要求。基于这种情况，可以在计算t
gc
时对考核因子取值乘以一个大小位于1-1.05区间的保险系数，以在控制策略中考虑延时的影响。
[0136]
本发明提供一种基于根据火储联合机组的历史pmu数据和构造的一次调频典型曲线计算t
gc
，以使火储联合机组的一次调频满足考核要求，提高系统频率稳定性；
[0137]
具体的，所述s13，包括：
[0138]
s13.1：基于电网的频率增量、所述火储联合机组中的火电机组依据所述频率增量自发进行一次调频时的电功率增量和所述火电机组的转动惯量，计算所述火电机组的机械功率增量；
[0139]
s13.2：将所述频率增量和所述一阶惯量时间常数阈值代入所述火储联合机组一次调频的传递函数中，求解所述火储联合机组的出力增量；
[0140]
s13.3：将所述火储联合机组的出力增量与所述机械功率增量的差值作为所述火储联合机组中储能设备的出力增量；
[0141]
s13.4：基于所述储能设备的出力增量控制所述储能设备，以实现所述火储联合机组的一次调频。
[0142]
可以将火电机组配备储能后得到的火储联合机组视为一个整体，通过本发明控制策略令其整体出力满足电网考核要求。在不影响系统安全稳定的前提下帮助火储联合机组满足一次调频考核要求，本发明采用火储联合机组一次调频的传递函数作为火储联合机组调频应达到的响应特性。
[0143]
即火电机组配置储能参与一次调频时，配置的储能出力会影响系统频率，进而改变火电机组出力，但由于采用了如式变火电机组出力，但由于采用了如式所示的控制策略，无论火电机组的出力如何变化，储能都会补齐火储整体出力与火电出力之间的差值，储能实际需要发出的实际功率即为：
[0144]
δp
bess
(t)＝δpg(t)-δpm(t)；
[0145]
其中，δp
bess
(t)为储能在调频时刻t的出力增量，δpm(t)为火电机组在调频时刻t的机械功率增量；
[0146]
一般而言在一次调频动作后瞬间，火电机组由于惯量响应会继续增发出力，由于本发明提出的控制策略存在延时，一次调频发生后瞬间整体出力为零，这时会出现储能反向出力的情况，削弱火电机组原本的惯量响应。为了防止这种情况，已知储能的出力是由策略整体出力减去火电机组的机械功率得到的。但实际上，工程中能实际测量得到的火电机组功率是电功率而不是机械功率，因此需要通过电功率、频率变化率和火电机组转动惯量反推计算得出，其公式为：
[0147][0148]
其中，δpe(t)为火电机组在调频时刻t的电功率增量，是依靠原动机调速系统自发进行的，tj为火电机组转动惯量。
[0149]
图2是火储联合参与一次调频的实施示例图，如图2所示，在具体实施方案中，kg为电网给定，t
gc
通过分析火储联合机组历史pmu数据得到的，以实际测量得到的频率δf和火电机组电功率δpe为输入量，经过测量延时环节后，δf通过一阶惯性环节得到理论应发的功率δpg，随后减去由δpe与stg之和构成的火电机组机械功率δpm得到储能的应发功率δp
bess
，经过储能延时环节并于实时的电功率δpe加和后即为火电机组实际增发的δp
ga
。
[0150]
本发明通过上述方式，使火储联合一次调频严格响应上层考核要求，进而使电力系统频率维持在合理区间，确保电力系统安全和用户的用电安全。同时还能使火储联合机组达到考核标准的前提下较少的配置储能。
[0151]
由于火储联合机组达不到考核标准，电网会进行罚款，一定程度上本发明也可减轻火电厂的经济损失。
[0152]
为了验证本发明火储联合参与一次调频的控制策略具有可行性，选取某火电厂600mw机组记录的实际一次调频数据，在matlab2021中进行仿真验证，以确定在该控制策略下火电机组是否能满足系统的一次调频考核要求。为了对一次调频的电量与响应速度进行考核，结合各地方电网对火电机组的一次调频考核标准，本发明规定火储联合参与一次调频的考核标准为以下两点：
[0153]
1)最大出力考核：火电机组的15秒内一次调频出力调整幅度应该达到15秒内频率极值点对应的一次调频理论出力的90％；
[0154]
2)积分电量考核：一次调频过程中实际积分电量应达到一次调频理论积分电量的75％。
[0155]
图3示例了某火电机组一次调频频率曲线示意图，图4示例了某火电机组一次调频机组出力(电功率)曲线示意图，从图3和图4中可得，该火电机组一次调频考核严重不合格，其中15秒内实际最大出力仅为理论最大出力的53.8％，一次调频过程中的实际积分电量仅为理论积分电量的11.5％。
[0156]
为该火电机组配置储能以得到对应的火储联合机组，根据该火电机组最大频降时间计算t
gc
，并对t
gc
乘以一个大小为1.025的保险系数，最终得到t
gc
为1.8s。设置频率死区为0.033h，测量延时为0.2s，储能出力延时为0.2s、信号传输延时为0.02s，设置该火储联合机组配置的储能在功率和容量上均无限制，仿真该火储联合机组的一次调频过程，得到如图5所示的火储联合参与一次调频的机组出力调整曲线，如图5所示，相比于火储联合机组理论出力(即tg＝0)的情况，采用文发明提出的控制策略可以降低对火储联合机组出力的要求，相关情况见表1。其中，表1为火储联合参与一次调频考核情况表。
[0157]
表1
[0158][0159]
由表1可知，相比于配置储能前严重不合格的情况，该火电机组配备储能后基于本控制策略参与一次调频时电网的相关考核指标均满足考核要求。
[0160]
第二方面，对本发明提供的火储联合一次调频控制装置进行描述，下文描述的火储联合一次调频控制装置与上文描述的火储联合一次调频控制方法可相互对应参照。图6示例了火储联合一次调频控制装置的结构示意图，如图6所示，所述装置包括：
[0161]
获取模块21，用于获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；
[0162]
一阶惯量时间常数阈值确定模块22，用于基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；
[0163]
一次调频控制模块23，用于基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0164]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述一阶惯量时间常数阈值确定模块，包括：
[0165]
获取单元，用于获取电网的典型一次调频曲线；
[0166]
约束构建单元，用于基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束；
[0167]
确定单元，用于基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值。
[0168]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述典型一次调频曲线如下
所示：
[0169]
δf(t)＝-te-b
[0170][0171]
其中，δf(t)为电网在调频时刻t时的频率增量，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数。
[0172]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述约束构建单元，包括：
[0173]
第一构造子单元，用于基于所述典型一次调频曲线以及所述火储联合机组一次调频的理论出力计算式和积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的理论最大出力计算式和理论积分电量计算式；
[0174]
第二构造子单元，用于基于所述典型一次调频曲线、所述火储联合机组一次调频的传递函数以及所述积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的实际最大出力计算式和实际积分电量计算式；
[0175]
最大出力约束构造子单元，用于构建所述最大出力约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论最大出力与所述功率考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际最大出力；
[0176]
积分电量约束构造子单元，用于构建所述积分电量约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论积分电量与所述积分电量考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际积分电量。
[0177]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述最大出力约束如下所示：
[0178][0179]
所述积分电量约束，如下所示：
[0180][0181]
其中，tm为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数，s
p
为所述功率考核因子，sd为所述积分电量考核因子，为所述火储联合机组的一次调频持续时间，tg为所述火储联合机组的一阶惯量时间常数。
[0182]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述历史pmu数据中包括所述火储联合机组的历史一次调频的最大频降时间和持续时间；
[0183]
所述确定单元，包括：
[0184]
第一求解子单元，用于将任一所述历史一次调频的最大频降时间代入所述最大出
力约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值；
[0185]
第二求解子单元，用于将任一所述历史一次调频的最大频降时间和持续时间代入所述积分电量约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第二临界值；
[0186]
第一阈值选取子单元，用于选取任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值和第二临界值中的最小值，作为任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值；
[0187]
第二阈值选取子单元，用于将所有历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值中的最小值作为所述一阶惯量时间常数阈值。
[0188]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述一次调频控制模块，包括：
[0189]
火电机组机械功率增量计算单元，用于基于电网的频率增量、所述火储联合机组中的火电机组依据所述频率增量自发进行一次调频时的电功率增量和所述火电机组的转动惯量，计算所述火电机组的机械功率增量；
[0190]
储联合机组出力增量计算单元，用于将所述频率增量和所述一阶惯量时间常数阈值代入所述火储联合机组一次调频的传递函数中，求解所述火储联合机组的出力增量；
[0191]
储能设备出力增量计算单元，用于将所述火储联合机组的出力增量与所述机械功率增量的差值作为所述火储联合机组中储能设备的出力增量；
[0192]
一次调频单元，用于基于所述储能设备的出力增量控制所述储能设备，以实现所述火储联合机组的一次调频。
[0193]
第三方面，图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communications interface)720、存储器(memory)830和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器830通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行火储联合一次调频控制方法，该方法包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0194]
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0195]
第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行
时，计算机能够执行上述各方法所提供的火储联合一次调频控制方法，该方法包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0196]
第五方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的火储联合一次调频控制方法，该方法包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
[0197]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0198]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0199]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。2.根据权利要求1所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值，包括：获取电网的典型一次调频曲线；基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束；基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值。3.根据权利要求2所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述典型一次调频曲线如下所示：δf(t)＝-te-bt
其中，δf(t)为电网在调频时刻t时的频率增量，t
m
为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数，b为第一中间量。4.根据权利要求2所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述基于所述典型一次调频曲线、所述功率考核因子和所述积分电量考核因子，构建所述火储联合机组一次调频的最大出力约束和积分电量约束，包括：基于所述典型一次调频曲线以及所述火储联合机组一次调频的理论出力计算式和积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的理论最大出力计算式和理论积分电量计算式；基于所述典型一次调频曲线、所述火储联合机组一次调频的传递函数以及所述积分电量计算式，构造所述火储联合机组一次调频的实际最大出力计算式和实际积分电量计算式；构建所述最大出力约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论最大出力与所述功率考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际最大出力；构建所述积分电量约束，以表征所述火储联合机组一次调频的理论积分电量与所述积分电量考核因子的乘积等于所述火储联合机组一次调频的实际积分电量。5.根据权利要求4所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述最大出力约束如下所示：所述积分电量约束，如下所示：
其中，t
m
为所述火储联合机组的一次调频最大频降时间，e为自然常数，s
p
为所述功率考核因子，s
d
为所述积分电量考核因子，为所述火储联合机组的一次调频持续时间，t
g
为所述火储联合机组的一阶惯量时间常数。6.根据权利要求2所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述历史pmu数据中包括所述火储联合机组的历史一次调频的最大频降时间和持续时间；所述基于所述最大出力约束、所述积分电量约束和所述历史pmu数据，确定所述一阶惯量时间常数阈值，包括：将任一所述历史一次调频的最大频降时间代入所述最大出力约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值；将任一所述历史一次调频的最大频降时间和持续时间代入所述积分电量约束中，求解一阶惯量时间常数，以得到任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第二临界值；选取任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数的第一临界值和第二临界值中的最小值，作为任一所述历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值；将所有历史一次调频的一阶惯量时间常数阈值中的最小值作为所述一阶惯量时间常数阈值。7.根据权利要求1～6任一项所述的火储联合一次调频控制方法，其特征在于，所述基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制，包括：基于电网的频率增量、所述火储联合机组中的火电机组依据所述频率增量自发进行一次调频时的电功率增量和所述火电机组的转动惯量，计算所述火电机组的机械功率增量；将所述频率增量和所述一阶惯量时间常数阈值代入所述火储联合机组一次调频的传递函数中，求解所述火储联合机组的出力增量；将所述火储联合机组的出力增量与所述机械功率增量的差值作为所述火储联合机组中储能设备的出力增量；基于所述储能设备的出力增量控制所述储能设备，以实现所述火储联合机组的一次调频。8.一种火储联合一次调频控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；一阶惯量时间常数阈值确定模块，用于基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史pmu数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；一次调频控制模块，用于基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述火储联合一次调频控制方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述火储联合一次调频控制方法。

技术总结
本发明提供一种火储联合一次调频控制方法和装置，包括：获取电网下达的功率考核因子和积分电量考核因子；基于所述功率考核因子、所述积分电量考核因子和火储联合机组的历史PMU数据，确定所述火储联合机组的一阶惯量时间常数阈值；基于所述一阶惯量时间常数阈值，对所述火储联合机组进行一次调频控制。本发明提供的控制方式，能使火储联合一次调频响应上层考核要求，进而使电力系统频率维持在合理区间，确保电力系统安全和用户的用电安全。确保电力系统安全和用户的用电安全。确保电力系统安全和用户的用电安全。


技术研发人员：侯凯元 陈磊 夏德明 李祥涛 赵海吉 徐飞 于骏 聂世豪 闵勇
受保护的技术使用者：国家电网公司东北分部
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/21