CN104050533A - 一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，属于新能源接入电力***的运行和控制技术领域。本方法依据当前电网对风力发电的可接纳能力，当电网可继续接纳风力发电时，启动恢复控制，优先提高负载率低并且存在弃风的风电场有功功率；当电网需要弃风时，启动弃风控制，优先减少负载率高并且具备弃风条件的风电场有功功率；当电网风力发电调节需求为零时，启动调整控制，降低负载率过高的风电场有功有功功率，提高负载率较低的风电场有功功率，促使各受控风电场的出力负载率偏差接近于零。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功控制主站***中，保证电网有足够下旋备安全空间，并兼顾各风电场间的公平调度。

Description

一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，属于新能源接入电力***的运行和控制技术领域。

背景技术

风资源的强随机性、预测困难、反调峰等特点使得电网有功调度控制愈加困难。如何在保证电网安全的前提下，最大程度利用风力发电资源，尽可能多地消纳风力发电已经成为目前各个风力发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对风力发电接入后的有功功率调度控制进行了大量研究，并取得一系列研究和应用成果。实际现场运行经验表明，在有功功率调度控制体系中引入分钟级的快速风力发电调度实时控制，对保障电网安全，减少弃风损失可以起到显著作用。

目前，工程现场主要采用启发式人工控制方法对风电场有功功率进行控制，即当电网存在安全问题，需要降低风电场有功功率时，运行人员凭借运行经验直接切除1个或者多个风电场或者将弃风量平均分配到各个风电场。这种方法依赖于运行人员的经验，难以保证调度的公平性，同时当电网安全不受限，存在风电接纳空间时，人工控制方式无法及时恢复风电场有功功率，而导致不必要的弃风。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法克服现有技术的不足之处，以适应目前风力发电的快速波动化以及电网安全、最小弃风和公平调度的多重控制需求。

本发明提出的基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制***中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、风电场与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的风电场有功功率采集与电网相连的各风电场的实时有功功率p^w、有功功率下限估计最大有功功率各风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各风电场对风电场与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}}{\min }(W^p\·(\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o})+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有风电场的集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的弃风调整量，r_i ^w为第i个风电场的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p>W^r，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个风电场的实时有功功率、有功功率下限、弃风调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：

${\underset{\‾}{p}}_i^w\≤p_i^w+\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃风调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\Δ}{p}^{w,o}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有风电场的弃风调整量满足以下关系式：

$\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}\≤\max \{\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(p_i^w-{\underset{\‾}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有风电场集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的实时有功功率，为第i个风电场有功功率下限；

(4-4)设定风力发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的风电场有功功率 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到风电场有功功率调整量；

(6)以上述风电场有功功率调整量对风电场进行控制，实现基于以最小弃风控制为目标的电力***风电场公平调度。

本发明提出的基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，其特点和效果是:依据当前电网对风力发电的可消纳能力，当电网可继续消纳风力发电时，启动恢复控制，优先提高负载率低并且存在弃风的风电场有功功率；当电网需要弃风时，启动弃风控制，优先减少负载率高并且具备弃风条件的风电场有功功率；当电网风力发电调节需求为零时，启动调整控制，降低负载率过高的风电场有功功率，提高负载率较低的风电场有功功率，促使各受控风电场的有功功率负载率偏差接近于零。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功功率控制主站***中，使该***能够实时根据风力发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网有足够下旋备安全空间，并且风电场与电网连接线路断面有功功率安全，并兼顾各风电场间的公平调度。

具体实施方式

本发明提出的基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制***中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、风电场与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的风电场有功功率采集与电网相连的各风电场的实时有功功率p^w、有功功率下限估计最大有功功率各风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各风电场对风电场与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}}{\min }(W^p\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o})+W^r\&CenterDot;\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有风电场的集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的弃风调整量，r_i ^w为第i个风电场的负载偏差率，用于表征各风电场的负载率与平均负载率的偏差，目标函数中的促使弃风控制后最大程度地利用电网对风力发电容量进行消纳，减少风电场弃风，目标函数中的促使各风电场向其有功功率更加均衡的方向发展，即负载率偏差接近于零，W^p、W^r分别为权重系数，为了优化保证最小弃风，一般有W^p>W^r。在实际应用中，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个风电场的实时有功功率、有功功率下限、弃风调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：保证越限校正控制后风电场有功功率在其最小出力和其估计最大出力之间。

${\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w\&le;p_i^w+\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃风调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：以保证越限校正控制后各风电场与电网之间连接线路断面的有功功率小于有功功率上限，其中的主要受电网稳定约束限制的风电场与电网之间连接线路断面的最大有功功率，

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\&Delta;}{p}^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有风电场的弃风调整量满足以下关系式：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;\max \{\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(p_i^w-{\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有风电场集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的实时有功功率，为第i个风电场有功功率下限。总弃风调整量小于可消纳风力发电容量约束，避免由于风力发电有功功率过大，引起电网的频率安全问题，即AGC机组下旋备不足或者联络线实时有功功率值偏离计划过多；

(4-4)设定风力发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的风电场有功功率 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；本约束避免弃风调整量与控制目标出现相反的调节方向(比如在需要弃风时，产生某风电场增加有功出力的不合理指令)。

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到以最小弃风并兼顾风电场间公平调度为目标的风电场有功功率调整量；

(6)以上述风电场有功功率调整量对风电场进行控制，实现基于以最小弃风控制为目标的电力***风电场公平调度。

本发明提出的基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法中，自动发电控制机组，是指电网中参与自动发电控制的发电机组。自动发电控制(Automatic GenerationControl,AGC)是电力***有功功率调整和频率控制的一种，AGC是电力***调度自动化的主要内容之一，利用调度中心侧监控计算机、远动通道、发电机组自动化装置等组成的闭环控制***，监测、调整电力***的频率，以控制发电机出力。

本发明方法中涉及的自动发电控制机组下旋备，用来表征机组有功功率最大的可下调空间。设机组i的有功功率当前值为有功功率下限为则机组i的有功功率下旋备的定义为： $p_i^{\mathrm{cap}}=p_i^{\mathrm{curr}}-p_i^{\min }.$

本发明方法中涉及的风力发电站负载偏差率r_i ^w，用于表征各风力发电站的负载率与平均负载率的偏差，满足如下关系：

${r_i}^w=\frac{p_i^w}{c_i^w\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w}-\stackrel{\&OverBar;}{r^w}$

其中为风力发电站平均负载率，是为了充分调动各风力发电站跟踪控制中心调度指令的积极性而引入风力发电站，并作为风力发电公平调度的依据，满足如下关系：

$\stackrel{\&OverBar;}{r^w}=\frac{\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_i^w}{\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(c_i^w\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w)}$

其中，Ω^w为所有的受控风力发电站集合，为风力发电站上送的第i个风力发电站的最大出力预测值。c^w为风力发电站考核打分指标，用于定量描述风力发电站对电网的友好接入程度，主要由调度运行人员人工确定并周期更新(月度/周度)，满足0≤c^w≤1。

Claims (1)

1.一种基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制***中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、风电场与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的风电场有功功率采集与电网相连的各风电场的实时有功功率p^w、有功功率下限估计最大有功功率各风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各风电场对风电场与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}}{\min }(W^p\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o})+W^r\&CenterDot;\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有风电场的集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的弃风调整量，r_i ^w为第i个风电场的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p>W^r，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定基于最小弃风控制的电力***风电场公平调度方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个风电场的实时有功功率、有功功率下限、弃风调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：

${\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w\&le;p_i^w+\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个风电场与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃风调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\&Delta;}{p}^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有风电场的弃风调整量满足以下关系式：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;\max \{\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(p_i^w-{\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有风电场集合，为电网可接纳的风电场有功功率，为第i个风电场的实时有功功率，为第i个风电场有功功率下限；

(4-4)设定风力发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的风电场有功功率 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到风电场有功功率调整量；

(6)以上述风电场有功功率调整量对风电场进行控制，实现基于以最小弃风控制为目标的电力***风电场公平调度。