技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统转动惯量辅助服务市场领域，尤其涉及一种转动惯量辅助服务市场的转动惯量控制方法及装置。
相关背景技术
[0002] 随着高渗透率新能源并网，原来在系统中提供惯量支撑的同步机组逐步退出，导致系统转动惯量水平随之下降，当前的电力系统迫切需要引入新形式的转动惯量，电网也开始向新能源发电等新形式转动惯量供给方拓展转动惯量辅助服务市场。因此，在上述电网拓展转动惯量辅助服务市场的背景下，面向传统机组参与的转动惯量辅助服务市场，需要使得新能源发电在规划其效益最大化时考虑如何分配其发电容量来参与市场，如果直接将现有的转动惯量辅助服务市场交易照搬至新能源发电，会使得新能源的消纳情况降低，并且会出现新能源发电容量分配过于极端的情况，进而导致电力系统有可能出现转动惯量不足的危险情况。
具体实施方式
[0051] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0052] 实施例一
[0053] 请参照图1，为本发明实施例提供的转动惯量辅助服务市场的转动惯量控制方法的一种实施例的流程示意图，包括101至步骤103，各步骤具体如下：
[0054] 步骤101：根据预设的新能源机组转动惯量市场交易模型、第一惯量需求、第一容量和虚拟同步发电机所支持电网的转动惯量值，设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限，其中，所述第一惯量需求为电力系统不同时段的转动惯量需求，第一容量为虚拟同步发电机分配至转动惯量的容量；
[0055] 在本实施例中，由预设目标函数模块和预设约束条件模块组成所述预设的新能源机组转动惯量市场交易模型，由预设光伏发电出力上限约束和预设自变量约束组成所述约束条件模块；
[0056] 在本实施例中，所述目标函数模块定义为新能源机组市场交易总效益最大，即新能源机组同时参与惯量交易与电力市场的所获得的效益之和，具体为：
[0057] 根据以下公式，计算新能源机组市场交易总效益最大：
[0058]
[0059] 其中，Max为所述新能源机组市场交易总效益最大，t为一天24小时中间隔为1小时的某一时间段(t＝1表示0点到1点)，H为表示某一时间段内光伏机组对电力系统所支撑的惯量，Yt为某一时间段内的光伏机组投入发电中的容量，αt为惯量市场报价，βt为以一小时为间隔的峰谷电价；
[0060] 在本实施例中，所述光伏发电出力上限约束的定义方式为：
[0061] C1:0≤H·d(△f/f0)/dt|t＝0.0+Yt≤Gmax t
[0062] 其中，C1为每个时间段内的光伏发电机组的出力不超过其出力上限的约束值，Gmax t为每个时间段内的机组出力上限形成的矩阵，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率；
[0063] 在本实施例中，所述自变量约束的定义方式为：
[0064] H·d(△f/f0)/dt|t＝0.0>0,Yt>0
[0065] 其中，Yt为某一时间段内的光伏机组投入发电中的容量，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率；
[0066] 在本实施例中，所述第一容量与其所支撑电网的转动惯量值之间的关系的定义方式为：
[0067]
[0068] 其中，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率，ΔP为电力系统扰动量大小；当系统受到扰动时，且虚拟同步发电机提供转动惯量的效果刚好达到电网最低频率变化率时，H与ΔP之间可以通过上述公式相互表示。
[0069] 在本实施例中，所述设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限的定义方式为：
[0070] 根据各新能源发电单元发电容量占各新能源发电单元发电容量总和的比例，将新能源发电单元所需提供的转动惯量总和按比例分配至各新能源发电单元，具体为：
[0071]
[0072] 其中，HVSG―n为第n个新能源发电单元所需提供的转动惯量，设定为所述新能源发电单元的转动惯量上下限约束，HVSG为所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，PVSG―n为第n个新能源发电单元所拥有的发电容量；
[0073] 在本实施例中，所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和的定义方式为：
[0074] 当电网给出总转动惯量需求时，由预设传统机组所提供的转动惯量大小总和，根据以下公式，计算新能源发电单元所需提供的转动惯量总和：
[0075] HVSG＝Hn‑HTG
[0076] 其中，HVSG为所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，Hn为所述总转动惯量需求，HTG为所述预设传统机组所提供的转动惯量大小总和；
[0077] 当电网给出总转动惯量需求时，由预设传统机组所提供的转动惯量大小总和通过计算得到新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，所述新能源发电单元根据发电容量占发电容量总和的比例分配所述转动惯量总和，设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限，可以更合理地分配所述新能源发电单元的发电容量和分配至转动惯量的容量，避免在电价远大于惯量市场价格时，新能源发电单元的发电容量集中于发电方面，导致惯量出现不足的情况。
[0078] 步骤102：根据所述发电容量上下限和各新能源发电单元所需的转动惯量总和，分别计算各新能源发电单元的转动惯量上下限约束；
[0079] 在本实施例中，所述根据所述发电容量上下限和各新能源发电单元所需的转动惯量总和，分别计算各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，可以令电网能够拥有足够的转动惯量，且不会造成转动惯量过大所带来的资源浪费。
[0080] 步骤103：根据所述发电容量上下限和所述各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整；
[0081] 在本实施例中，所述根据所述发电容量上下限和所述各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整，其定义方式为：
[0082] δ≤H·d(△f/f0)/dt|t＝0.0或0≤H·d(Δf/f0)/dt|t＝0.0≤δ
[0083] 其中，δ为容量分配上下限，具体数值由电网进行预设；
[0084] 由所述转动惯量上下限约束对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整，可以使转动惯量辅助服务市场的容量分配更加均衡。
[0085] 步骤104：根据调整后的新能源机组转动惯量市场交易模型，对电力系统进行实时控制；
[0086] 在本实施例中，所述调整后的新能源机组转动惯量市场交易模型对分配至转动惯量的容量进行实时控制，可以避免在原有模型下所出现的容量极端分配情况，即新能源发电单元参与市场交易时，会优先考虑自身利益的最大化，进而将容量过于集中的分配至自身获利最高的市场，例如仅仅参与转动惯量市场或者发电市场的容量分配，有可能导致大部分新能源发电单元集中分配至转动惯量的容量过多，从而超出了电力系统对转动惯量的需求量，进而造成容量的浪费，或者当新能源发电单元参与发电市场的获利远大于转动惯量辅助服务市场的获利时，新能源机组会集中将容量分配至发电市场，导致电力系统转动惯量严重不足，进而导致电力系统无法稳定运行的严重后果。修改之后的模型可以使得电网能够对各新能源发电单元分配至转动惯量的容量进行控制，保证电网能够拥有足够的转动惯量，且不会造成转动惯量过大所带来的资源浪费，保证电力系统安全、稳定、经济地运行。
[0087] 相应的，请参照图2，为本发明中提供的一种转动惯量辅助服务市场的转动惯量控制装置的一种实施例的结构示意图，包括发电容量上下限设定模块201、约束计算模块202、模型调整模块203、转动惯量分配控制模块204；
[0088] 其中，所述发电容量上下限设定模块201用于根据预设的新能源机组转动惯量市场交易模型、第一惯量需求、第一容量和虚拟同步发电机所支持电网的转动惯量值，设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限，其中，所述第一惯量需求为电力系统不同时段的转动惯量需求，第一容量为虚拟同步发电机分配至转动惯量的容量；
[0089] 在本实施例中，由预设目标函数模块和预设约束条件模块组成所述预设的新能源机组转动惯量市场交易模型，由预设光伏发电出力上限约束和预设自变量约束组成所述约束条件模块；
[0090] 在本实施例中，所述目标函数模块定义为新能源机组市场交易总效益最大，即新能源机组同时参与惯量交易与电力市场的所获得的效益之和，具体为：
[0091] 根据以下公式，计算新能源机组市场交易总效益最大：
[0092]
[0093] 其中，Max为所述新能源机组市场交易总效益最大，t为一天24小时中间隔为1小时的某一时间段(t＝1表示0点到1点)，H为表示某一时间段内光伏机组对电力系统所支撑的惯量，Yt为某一时间段内的光伏机组投入发电中的容量，αt为惯量市场报价，βt为以一小时为间隔的峰谷电价；
[0094] 在本实施例中，所述光伏发电出力上限约束的定义方式为：
[0095] C1:0≤H·d(△f/f0)/dt|t＝0.0+Yt≤Gmax t
[0096] 其中，C1为每个时间段内的光伏发电机组的出力不超过其出力上限的约束值，Gmax t为每个时间段内的机组出力上限形成的矩阵，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率；
[0097] 在本实施例中，所述自变量约束的定义方式为：
[0098] H·d(△f/f0)/dt|t＝0.0>0,Yt>0
[0099] 其中，Yt为某一时间段内的光伏机组投入发电中的容量，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率；
[0100] 在本实施例中，所述第一容量与其所支撑电网的转动惯量值之间的关系的定义方式为：
[0101]
[0102] 其中，H为转动惯量，d(Δf/f0)/dt|t＝0.0为功率扰动初始时刻的频率变化率，ΔP为电力系统扰动量大小；当系统受到扰动时，且虚拟同步发电机提供转动惯量的效果刚好达到电网最低频率变化率时，H与ΔP之间可以通过上述公式相互表示。
[0103] 在本实施例中，所述设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限的定义方式为：
[0104] 根据各新能源发电单元发电容量占各新能源发电单元发电容量总和的比例，将新能源发电单元所需提供的转动惯量总和按比例分配至各新能源发电单元，具体为：
[0105]
[0106] 其中，HVSG―n为第n个新能源发电单元所需提供的转动惯量，设定为所述新能源发电单元的转动惯量上下限约束，HVSG为所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，PVSG‑n为第n个新能源发电单元所拥有的发电容量；
[0107] 在本实施例中，所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和的定义方式为：
[0108] 当电网给出总转动惯量需求时，由预设传统机组所提供的转动惯量大小总和，根据以下公式，计算新能源发电单元所需提供的转动惯量总和：
[0109] HVSG＝Hn‑HTG
[0110] 其中，HVSG为所述新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，Hn为所述总转动惯量需求，HTG为所述预设传统机组所提供的转动惯量大小总和；
[0111] 当电网给出总转动惯量需求时，由预设传统机组所提供的转动惯量大小总和通过计算得到新能源发电单元所需提供的转动惯量总和，所述新能源发电单元根据发电容量占发电容量总和的比例分配所述转动惯量总和，设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限，可以更合理地分配所述新能源发电单元的发电容量和分配至转动惯量的容量，避免在电价远大于惯量市场价格时，新能源发电单元的发电容量集中于发电方面，导致惯量出现不足的情况。
[0112] 所述约束计算模块202用于根据所述发电容量上下限和各新能源发电单元所需的转动惯量总和，分别计算各新能源发电单元的转动惯量上下限约束；
[0113] 在本实施例中，所述根据所述发电容量上下限和各新能源发电单元所需的转动惯量总和，分别计算各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，可以令电网能够拥有足够的转动惯量，且不会造成转动惯量过大所带来的资源浪费。
[0114] 所述模型调整模块203用于根据所述发电容量上下限和所述各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整；
[0115] 在本实施例中，所述根据所述发电容量上下限和所述各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整，定义方式为：
[0116] δ≤H·d(Δf/f0)/dt|t＝0.0或0≤H·d(Δf/f0)/dt|t＝0.0≤δ
[0117] 其中，δ为容量分配上下限，具体数值由电网进行预设；
[0118] 由所述转动惯量上下限约束对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整，可以使转动惯量辅助服务市场的容量分配更加均衡。
[0119] 所述转动惯量分配控制模块204用于根据调整后的新能源机组转动惯量市场交易模型，对电力系统进行实时控制；
[0120] 在本实施例中，所述调整后的新能源机组转动惯量市场交易模型对分配至转动惯量的容量进行实时控制，可以避免在原有模型下所出现的容量极端分配情况，即新能源发电单元参与市场交易时，会优先考虑自身利益的最大化，进而将容量过于集中的分配至自身获利最高的市场，例如仅仅参与转动惯量市场或者发电市场的容量分配，有可能导致大部分新能源发电单元集中分配至转动惯量的容量过多，从而超出了电力系统对转动惯量的需求量，进而造成容量的浪费，或者当新能源发电单元参与发电市场的获利远大于转动惯量辅助服务市场的获利时，新能源机组会集中将容量分配至发电市场，导致电力系统转动惯量严重不足，进而导致电力系统无法稳定运行的严重后果。修改之后的模型可以使得电网能够对各新能源发电单元分配至转动惯量的容量进行控制，保证电网能够拥有足够的转动惯量，且不会造成转动惯量过大所带来的资源浪费，保证电力系统安全、稳定、经济地运行。
[0121] 综上所述，本发明实施例提供了一种转动惯量辅助服务市场的转动惯量控制方法及装置，根据预设的新能源机组转动惯量市场交易模型、第一惯量需求、第一容量和虚拟同步发电机所支持电网的转动惯量值，设定电力系统在不同时段的扰动情况下转动惯量允许分配的发电容量上下限，根据所述发电容量上下限和各新能源发电单元所需的转动惯量总和，分别计算各新能源发电单元的转动惯量上下限约束；根据所述发电容量上下限和所述各新能源发电单元的转动惯量上下限约束，对所述新能源机组转动惯量市场交易模型进行调整；根据调整后的新能源机组转动惯量市场交易模型，对电力系统进行实时控制，能够避免电力系统的转动惯量过大所带来的资源浪费的情况，同时能够达到其最小惯量的要求，使得电力系统能够稳定地运行。
[0122] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
