CN106655281A - 一种可再生能源分散接入配电网的监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再生能源分散接入配电网的监控装置，所述分布式再生能源为风电场，所述监控装置采用如下策略优化配电***：采集配电***的电力数据，并进行优化潮流计算，选取分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型；根据所述优化潮流计算的结果及所述分布式再生能源灵活性优化模型，获得并输出分布式再生能源侧灵活性最优结果，然后根据该最优结果控制分布式再生能源的出力。

Description

一种可再生能源分散接入配电网的监控装置

所属技术领域

本发明涉一种可再生能源分散接入配电网的监控装置。

背景技术

能源和环境危机已经成为影响人类持续发展的重要问题，清洁、分布式再生能源的利用是解决这一问题的根本途径。随着风力发电、光伏发电、波浪发电等分布式再生能源发电技术的成熟，越来越多的分布式再生能源配电***以分布式形式接入电网，满足人们日常生产、生活用电的需求。

近些年，风力发电和光伏发电等分布式电源接入电网的规模和容量正逐步地增长，有效提高了新能源的利用效率，减少了环境污染，增加了输配电***的传输裕度。但风力发电和光伏发电具有间歇性、随机性和波动性，这种不确定性对电网造成了一定的冲击。当分布式电源的渗透率到达一定的程度时，甚至会进一步影响***的安全稳定运行。

目前，大批分布式能源***接入低压配电***，低压配电***建设和光伏发电***的建设不同步，一般是低压配电***建成运行多年后，分布式***要接入；低压配电***和分布式***建设的不同，由于分布式能源在接入电压配电***时，由于分布式能源存在多处谐波，电压波动和闪变等问题，对***安全运行带来很大的危害；而且降低了整个***的负载功率因数，使***线损增加。

在分布式再生能源运行过程中，风机的运行方式有恒功率因数、恒电压控制和恒无功控制三种运行方法。目前配电***安装的分布式再生能源为变速恒频分布式再生能源，其中双馈分布式再生能源有恒功率因数与恒电压控制两种运行方式，其本质在于对配电***的无功调度与电压控制策略的不同，由于国内大部分风场都采用该种机型的分布式再生能源，因此对该类型机组的无功自动补偿的研究具有重大意义。

发明内容

本发明提供一种可再生能源分散接入配电网的监控装置，该监控装置实现了针对各种情况下的电源灵活性及其运行成本的最优组合的获取，且其优化过程简单且可靠；优化结果准确且有效，进而提高了电力***运行的稳定性；该监控装置在分布式再生能源恒定有功功率控制模式下结合配电***内有功损耗影响的多目标优化的无功功率分配方法，提高配电***经济运行。

为了实现上述目的，本发明提供一种可再生能源分散接入配电网的监控装置，所述分布式再生能源为风电场，所述监控装置采用如下策略优化配电网：采集配电网的电力数据，并进行优化潮流计算，选取分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型；根据所述优化潮流计算的结果及所述分布式再生能源灵活性优化模型，获得并输出分布式再生能源侧灵活性最优结果，然后根据该最优结果控制分布式再生能源的出力。

优选的，根据所述分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数；

确定所述分布式再生能源灵活性优化模型中的所述评价目标函数的约束条件。

优选的，该监控装置包括：

分布式再生能源监控模块，用于实时监测和控制分布式再生能源的运行；

并网监控模块，用于监测配电网的运行情况，并用于控制分布式再生能源的接入配电网运行；

SVG监控模块，用于实时监控SVG设备；

中控模块，用于确定配电网的运行方法，并向上述监控装置中的各模块发出指令，以执行该运行方法；

通信总线，用于该监控装置的各个模块的通信联络。

优选的，该监控装置包括：

分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数为：

式(1)中，f₁为以运行成本最小为目标的评价目标函数；P_i为配电网内常规机组出力；a、b、c分别为机组的二阶运行成本函数对应的系数；N为配电网内常规机组的总数；f₂为以分布式再生能源出力变化量最大为目标的评价目标函数；ΔP_wi为配电网内分布式再生能源i的出力变化，且配电网内分布式再生能源i的出力变化仅考虑向上方向并对应分布式再生能源出力增加的情况；Nw为配电网内分布式再生能源的个数。

优选的，该监控装置包括：

所述约束条件包括通用约束和灵活性约束。

优选的，该监控装置包括：

所述通用约束包括节点功率平衡约束、电压约束和线路约束：

对于分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

对于非分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

式(2)及(3)中，P_Gk、Q_Gk分别为节点k的有功功率和无功功率；P_Lk、Q_Lk分别为节点k的有功负荷和无功负荷；ΔP_wk、ΔQ_wk分别为节点k的分布式再生能源有功变化和无功变化，V_k为节点k的电压；V_j为节点j的电压；G_kj、B_kj、θ_kj分别为节点k和j之间的电导、电纳和相角差；

所述节点电压约束为：

式(4)中，V_k、分别为节点k的电压及其上、下限；

所述节点线路约束为：

式(5)中，P_l、分别为配电线路的潮流值和限值。

优选的，该监控装置包括：

所述灵活性约束包括时间尺度约束、机组出力约束和区域电网交换功率约束：

所述时间尺度约束Δt为：

Δt≤T (6)

式(6)中，T为所述电源灵活性评估时间尺度参数、且T＝10～30min；

所述机组出力约束为：

max{P_Gi,min,P_Gi,0-r_di·Δt}≤P_Gi≤min{P_Gi,max,P_Gi,0+r_ui·Δt} (7)

式(7)中，P_Gi为机组i的出力；P_Gi,0、P_Gi,max、P_Gi,min分别为机组i的当前出力以及其出力的上、下限；r_ui、r_di分别为机组i的向上和向下的爬坡速率；

所述区域电网交换功率约束为：

|P_c|≤min{P_Line，m_ax-P_Line,0,ΔP_ex,max} (8)

式(8)中，P_c为联络区域的出力；P_Line,0、P_Line，max分别为联络区域联络线上的当前传输有功功率和最大传输有功功率；ΔP_ex,max为联络区域的最大功率交换限制。

本发明的监控装置具有如下优点：(1)实现了针对各种情况下的电源灵活性及其运行成本的最优组合的获取，且其优化过程简单且可靠；优化结果准确且有效，进而提高了电力***运行的稳定性；(2)实现配电***的经济运行，以及抑制电压波动，通过对配电***数据的采集，建立网络架构模型，在恒功率控制策略下，保证分布式再生能源功率因数不变，通过无功调控完成经济运行。

附图说明

图1示出了本发明的一种具有分布式再生能源的配电***及其监控装置的框图；

图2示出了一种可再生能源接入配电网的运行方法。

具体实施方式

图1是示出了本发明的一种具有分布式再生能源的配电***，该配电***10包括：分布式再生能源12、分布式再生能源接入模块14、SVG设备13和监控装置11；

所述分布式再生能源接入模块14，用于将分布式再生能源12接入配电网20，包括与配电网20连接的断路器和变压器，

该监控装置11包括：

分布式再生能源监控模块112，用于实时监测和控制分布式再生能源的运行；

并网监控模块114，用于监测配电网的运行情况，并用于控制分布式再生能源的接入配电网运行；

SVG监控模块113，用于实时监控SVG设备；

中控模块115，用于确定配电***的运行方法，并向上述监控装置中的各模块发出指令，以执行该运行方法；

通信总线111，用于该监控装置的各个模块的通信联络。

优选的，所述分布式再生能源监控模块112实时获取分布式再生能源的运行数据，并存储数据。

优选的，所述分布式再生能源12为风电场，所述监控装置11采用如下策略优化配电***10：采集配电***10的电力数据，并进行优化潮流计算，选取分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型；根据所述优化潮流计算的结果及所述分布式再生能源灵活性优化模型，获得并输出分布式再生能源侧灵活性最优结果，然后根据该最优结果控制分布式再生能源的出力。

优选的，根据所述分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数；

确定所述分布式再生能源灵活性优化模型中的所述评价目标函数的约束条件。

优选的，分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数为：

式(1)中，f₁为以运行成本最小为目标的评价目标函数；P_i为配电***内常规机组出力；a、b、c分别为机组的二阶运行成本函数对应的系数；N为配电***内常规机组的总数；f₂为以分布式再生能源出力变化量最大为目标的评价目标函数；ΔP_wi为配电***内分布式再生能源i的出力变化，且配电***内分布式再生能源i的出力变化仅考虑向上方向并对应分布式再生能源出力增加的情况；Nw为配电***内分布式再生能源的个数。

优选的，所述约束条件包括通用约束和灵活性约束。

优选的，所述通用约束包括节点功率平衡约束、电压约束和线路约束：

对于分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

对于非分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

式(2)及(3)中，P_Gk、Q_Gk分别为节点k的有功功率和无功功率；P_Lk、Q_Lk分别为节点k的有功负荷和无功负荷；ΔP_wk、ΔQ_wk分别为节点k的分布式再生能源有功变化和无功变化，V_k为节点k的电压；V_j为节点j的电压；G_kj、B_kj、θ_kj分别为节点k和j之间的电导、电纳和相角差；

所述节点电压约束为：

式(4)中，V_k、分别为节点k的电压及其上、下限；

所述节点线路约束为：

式(5)中，P_l、分别为配电线路的潮流值和限值。

优选的，所述灵活性约束包括时间尺度约束、机组出力约束和区域电网交换功率约束：

所述时间尺度约束Δt为：

Δt≤T (6)

式(6)中，T为所述电源灵活性评估时间尺度参数、且T＝10～30min；

所述机组出力约束为：

max{P_Gi,min,P_Gi,0-r_di·Δt}≤P_Gi≤min{P_Gi,max,P_Gi,0+r_ui·Δt} (7)

式(7)中，P_Gi为机组i的出力；P_Gi,0、P_Gi,max、P_Gi,min分别为机组i的当前出力以及其出力的上、下限；r_ui、r_di分别为机组i的向上和向下的爬坡速率；

所述区域电网交换功率约束为：

|P_c|≤min{P_Line，m_ax-P_Line,0,ΔP_ex,max} (8)

式(8)中，P_c为联络区域的出力；P_Line,0、P_Line，max分别为联络区域联络线上的当前传输有功功率和最大传输有功功率；ΔP_ex,max为联络区域的最大功率交换限制。

优选的，该配电***采用如下方式进行无功自动补偿：

通过分布式再生能源监控模块，获取配电***中各分布式再生能源运行状态、有功功率值、配电***其他单元实时数据，提取数据并进行筛选，剔除停机或存在故障风机数据；基于实时数据，建立配电***无功电压优化控制模型；并网监控模块根据调度***下达的分布式再生能源并网点电压指令，若上级***没有下达指令，则由中控模块给定指令；以无功功率的时间尺度变化选择两种控制模式；

若无功变化尺度以分钟/小时级时间尺度变化，将机组控制方式转换为恒定有功功率控制，以配电***经济运行为控制目标，建立目标函数，将所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；

求解目标函数，得到风机无功调节值；根据并网点实时电压，设计管理流程，将可调范围内的电压分为五个等级，每个等级对应不同的无功调节量，根据各分布式再生能源不同的运行状态，将所获得的无功功率值分配到对应的分布式再生能源；

若无功变化尺度以毫秒/秒级时间尺度变化，将机组运行模式切换为恒定电压控制方式；以抑制电压波动为目标，建立目标函数，将所获取数据代入模型中，进行机组无功分配。

参见附图2，本发明的一种可再生能源接入配电网的运行方法，包括如下步骤：

S1.分布式再生能源监控模块实时获取分布式再生能源运行数据，并存储数据，实时采集配电***的电力数据，并进行优化潮流计算；

S2.选取电源灵活性评估时间尺度参数，建立电源灵活性优化模型，根据所述优化潮流计算的结果及所述分布式再生能源灵活性优化模型，获得并输出分布式再生能源侧灵活性最优结果，然后根据该最优结果控制分布式再生能源的出力

S3.采集分布式再生能源并网点电压信息，同时根据配电网调度指令确定配电***有功及无功输出需求；

S4.将配电***有功及无功输出需求、当前分布式再生能源接入模块功率需求、分布式再生能源可输出有功和无功、SVG设备可输出无功作为约束条件，实现配电***的无功优化运行，抑制电压波动。

优选的，在步骤S2中，优选的，所述分布式再生能源为风电场，根据所述分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数；

确定所述分布式再生能源灵活性优化模型中的所述评价目标函数的约束条件。

优选的，在步骤S4中，无功优化运行具体包括如下步骤：

S41.通过分布式再生能源监控模块，获取配电***中各分布式再生能源运行状态、有功功率值、配电***其他单元实时数据，此过程中配电***数据采集频率范围为10s～10min，提取数据并进行筛选，剔除停机或存在故障风机数据；基于实时数据，建立配电***无功电压优化控制模型；并网监控模块根据调度***下达的分布式再生能源并网点电压指令，若上级***没有下达指令，则由中控模块给定指令；以无功功率的时间尺度变化选择两种控制模式；

S42.若无功变化尺度以分钟/小时级时间尺度变化，将机组控制方式转换为恒定有功功率控制，以配电***经济运行为控制目标，建立目标函数，将S41所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；

S43.求解目标函数，得到风机无功调节值；根据并网点实时电压，设计管理流程，将可调范围内的电压分为五个等级，每个等级对应不同的无功调节量，根据各分布式再生能源不同的运行状态，将所获得的无功功率值分配到对应的分布式再生能源；

S44.若无功变化尺度以毫秒/秒级时间尺度变化，将机组运行模式切换为恒定电压控制方式；以抑制电压波动为目标，建立目标函数，将S1和S31所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；

S45.配电***内各单元接到无功优化控制指令，根据自身相应情况完成指令，执行指令后，将响应值与并网点电压反馈给调度***。

优选的，S41中通过监控装置，获取配电***实时数据和PCC点电压控制指令，设置PCC点电压波动阀值；

ΔU＝|U_WFcmd-U_WFout|≤ξ

式中，U_WFcmd为分布式再生能源并网点期望电压值；U_WFout为分布式再生能源并网点实时电压值；ξ为配电***电压阈值；ΔU为并网点电压偏差值。

优选的，S42中，建立以配电***经济优化分配为目标的无功优化函数：

min(F)＝w₁P_loss+w₂Q_C+λ₁ΔU_i+λ₂ΔQ

式中，P_loss为配电***有功损耗；Q_C为SVG设备投入容量；ΔU_i为各节点电压越限值；ΔQ_i为风机发出无功功率越限值；w₁和w₂为有功网损和无功补偿容量的权重因子，并且w₁+w₂＝1；λ为罚因子，在计算最优函数，起到约束问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可再生能源分散接入配电网的监控装置，所述分布式再生能源为风电场，所述监控装置采用如下策略优化配电网：采集配电网的电力数据，并进行优化潮流计算，选取分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型；根据所述优化潮流计算的结果及所述分布式再生能源灵活性优化模型，获得并输出分布式再生能源侧灵活性最优结果，然后根据该最优结果控制分布式再生能源的出力。

2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，根据所述分布式再生能源灵活性评估时间尺度参数，建立分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数；

确定所述分布式再生能源灵活性优化模型中的所述评价目标函数的约束条件。

3.如权利要求2所述的监控装置，其特征在于，该监控装置包括：

分布式再生能源监控模块，用于实时监测和控制分布式再生能源的运行；

并网监控模块，用于监测配电网的运行情况，并用于控制分布式再生能源的接入配电网运行；

SVG监控模块，用于实时监控SVG设备；

中控模块，用于确定配电网的运行方法，并向上述监控装置中的各模块发出指令，以执行该运行方法；

通信总线，用于该监控装置的各个模块的通信联络。

4.如权利要求3所述的监控装置，其特征在于，该监控装置包括：

分布式再生能源灵活性优化模型中的评价目标函数为：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_1=\min \underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}({\mathrm{aP}}_i^2+{\mathrm{bP}}_i+c)\\ f_2=\max \underset{i=1}{\overset{N_w}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{wi}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，f₁为以运行成本最小为目标的评价目标函数；P_i为配电网内常规机组出力；a、b、c分别为机组的二阶运行成本函数对应的系数；N为配电网内常规机组的总数；f₂为以分布式再生能源出力变化量最大为目标的评价目标函数；ΔP_wi为配电网内分布式再生能源i的出力变化，且配电网内分布式再生能源i的出力变化仅考虑向上方向并对应分布式再生能源出力增加的情况；Nw为配电网内分布式再生能源的个数。

5.如权利要求4所述的监控装置，其特征在于，该监控装置包括：

所述约束条件包括通用约束和灵活性约束。

6.如权利要求5所述的监控装置，其特征在于，该监控装置包括：

所述通用约束包括节点功率平衡约束、电压约束和线路约束：

对于分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{Gk}-P_{Lk}-{\mathrm{\ΔP}}_{wk}-V_k\underset{j\∈k}{\Σ}{V}_j(G_{kj}{\mathrm{cos\θ}}_{kj}+B_{kj}{\mathrm{sin\θ}}_{kj})=0\\ Q_{Gk}-Q_{Lk}-{\mathrm{\ΔQ}}_{wk}-V_k\underset{j\∈k}{\Σ}{V}_j(G_{kj}{\mathrm{cos\θ}}_{kj}-B_{kj}{\mathrm{sin\θ}}_{kj})=0\end{array}\right.---\left(2\right)$

对于非分布式再生能源节点，其节点功率平衡约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{Gk}-P_{Lk}-V_k\underset{j\∈k}{\Σ}{V}_j(G_{kj}{\mathrm{cos\θ}}_{kj}+B_{kj}{\mathrm{sin\θ}}_{kj})=0\\ Q_{Gk}-Q_{Lk}-V_k\underset{j\∈k}{\Σ}{V}_j(G_{kj}{\mathrm{cos\θ}}_{kj}-B_{kj}{\mathrm{sin\θ}}_{kj})=0\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(2)及(3)中，P_Gk、Q_Gk分别为节点k的有功功率和无功功率；P_Lk、Q_Lk分别为节点k的有功负荷和无功负荷；ΔP_wk、ΔQ_wk分别为节点k的分布式再生能源有功变化和无功变化，V_k为节点k的电压；V_j为节点j的电压；G_kj、B_kj、θ_kj分别为节点k和j之间的电导、电纳和相角差；

所述节点电压约束为：

$V_k^{\min }\≤V_k\≤V_k^{\max }---\left(4\right)$

式(4)中，V_k、分别为节点k的电压及其上、下限；

所述节点线路约束为：

P_l≤P_l ^max (5)

式(5)中，P_l、P_l ^max分别为配电线路的潮流值和限值。

7.如权利要求6所述的监控装置，其特征在于，该监控装置包括：

所述灵活性约束包括时间尺度约束、机组出力约束和区域电网交换功率约束：

所述时间尺度约束Δt为：

Δt≤T (6)

式(6)中，T为所述电源灵活性评估时间尺度参数、且T＝10～30min；

所述机组出力约束为：

max{P_Gi,min,P_Gi,0-r_di·Δt}≤P_Gi≤min{P_Gi,max,P_Gi,0+r_ui·Δt} (7)

式(7)中，P_Gi为机组i的出力；P_Gi,0、P_Gi,max、P_Gi,min分别为机组i的当前出力以及其出力的上、下限；r_ui、r_di分别为机组i的向上和向下的爬坡速率；

所述区域电网交换功率约束为：

|P_c|≤min{P_Line，m_ax-P_Line,0,ΔP_ex,max} (8)

式(8)中，P_c为联络区域的出力；P_Line,0、P_Line，_max分别为联络区域联络线上的当前传输有功功率和最大传输有功功率；ΔP_ex,max为联络区域的最大功率交换限制。