CN108258684A - 一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，属于电力***运行与控制领域。本发明充分考虑电网平衡调节需求，多源的裕度调节特性，可互动负荷的调控特性，多源调控的成本特性，清洁能源消纳最大化等因素，定义了多控制域调度模式，引入了正常控制域、异常控制域、紧急控制域的决策系数向量，通过各域的控制优先级，建立源荷域协调调控优化模型，以最小调节量满足***充裕需求，实现最大化清洁能源消纳。相比于现有源网荷清洁能源协调技术，本发明引入了多域控制的运行新方法，完整计及了多源与多荷的调控特性，充分优化了多源与多荷的决策策略，综合***调节裕度、清洁能源消纳、调控成本量等因素，达到***资源调配的整体最优。

Description

一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法
技术领域
本发明属于电力***运行与控制领域，具体涉及一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法。
背景技术
在电网安全稳定运行中，电网平衡调节裕度是核心因素之一。多源多荷多域的多源包括常规电源：水电和火电；清洁能源：光伏、风电和核电；储能：电池储能、集中储热和分布式储热；多荷特指可平移负荷，包括：制冷、空调、灌溉和制热负荷；多域指电网处于正常调控阶段，称之为正常调控域，电网无正常调节能力，处于异常调控阶段，称之为异常调控域，电网丧失调控能力，处于紧急控制状态，称之为紧急控制域；正常调控域，控制对象是水电和火电，异常调控域，控制对象是储能，紧急控制域，控制对象是核电、风电和光伏。
随着电力***源网荷发展的多样化，无论从源侧、网侧、荷侧均有可调节裕度的措施，然而，在一定网架条件下，如何调控电源与负荷，调控方法怎样优化，采用何种技术路线去实施，一直是电力***安全稳定调控领域所面临的技术问题。
特别在清洁能源大规模利用背景下，针对发电随机波动、清洁保出力、与常规电源协调等特性，国内***绕源网荷协调调控控制技术，开展了大量的相关性研究，
对比专利[1]计及源网荷互动的交直流混合微电网优化运行方法及装置(201510511461.X)，提出了计及源网荷互动的交直流混合微电网优化运行方法，充分考虑电源、电网、负荷三者之间的交互特性关系，在交直流微电网运行环境下，建立源网荷互动优化方法，利用随机机会约束Stackelberg博弈模型对多目标、多约束的交直流混合微电网综合优化运行问题建模，实现微电网运行经济效益、环境效益的提高，并更好地达到节能减损的要求。然而，源网荷的协调层面针对于微网运行领域，未涉及全网源荷资源协调层面，同时，源荷间的协调控制方式存在多种，电源负荷的具体物理特性与控制自身的抽象特性间交互机理，是解决电网源荷协调的根本因素，本发明提出了源荷域协调调控方法，将电源、负荷、控制域进行统一协调，控制域的变换取决于源荷各自的运行特性，体现出调控方法与电源、负荷同等性，源荷域协调调控能够准确、科学的提升电网平衡调节能力。
对比专利[2]一种基于源网荷的协调优化运行方法(201710587192.4)中提出了一种基于源网荷的协调优化运行方法，涉及了智能电网研究领域，发明点围绕电网的物理互联与信息互联特征，对建设目标区域进行经济现状评估及未来发展趋势预测，以所获取的数据信息为依据，开展分散能源模块和集中能源模块的构建；采用基于馈线控制误差和电网静态稳定态势量化的评价方法进行对比分析，寻找项目缺陷；最终采用主动配电网协调优化方法，实现源网荷协调优化。然而，未涉及以清洁能源消纳、电网平衡调节能力等***充裕指标为目标，将控制当做独立变量，与电源、电网、负荷进行协调优化。本发明提出源荷域新概念，建立控制域成为独立变量，并给出与电源、负荷的交互关系，以清洁能源消纳最大、电网实时平衡调节能力最大为目标，建立了多源多荷多域协调控制的全新方法，充分发挥电网平台作用，提升***平衡调节能力。
综合以上技术背景对比分析，对于以电网平衡调节能力目标，提升清洁能源消纳能力，实施多源多荷多域协调控制的全新方向，仍未见报道，因此，本发明提供了一种清洁能源电网源荷域协调调控的新方法。
电网具有的多源包括：火电、水电、核电、风电、光伏、电储热、电池储能；多荷包括：可转移负荷、可平移负荷、可中断负荷等；为了保证清洁能源接纳和电网安全稳定运行，需要对多源进行协调调控和控制；现有技术主要集中于各别多项之间的协调控制，包括火电、风电、负荷等源荷交互控制，由电网提供平台，但为涉及调控自身的独立变量，未从电力***全局角度，统一考虑多源多荷多域协调，本发明提出多域定义，依据多源多荷固有特性，将多域划分为三个调度控制域，分别为正常调控域、异常调控域和紧急调控域。综合多源多荷多域新概念，提出了一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，实现含新能源电力***的多源多荷多域协调调控方法，所述方法包括下述步骤：
(1)依据全网电源开机方式、负荷极值，构建平衡调节量的计算模型，求解电力***平衡调节量的需求值。
(2)面对电网多源电源、多类负荷，定义多源多荷关于多控制域的划分函数，为下一步的“源荷域”平面方程提供边界调节变量。
(3)构建多源多荷多域的“源荷域”控制平面方程，刻画出“源荷域”空间的调控平面，直观指导多源多荷多域的协调控制。
(4)采集源荷运行的实时状态，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部，为下一步的调控优化模型，提供初始运行条件。
(5)建立“源荷域”协调调控优化模型，通过在调控空间的运行点优化，得到不同控制域间的最优决策向量。
(6)将最优决策向量带入调控空间，判别是否满足平衡调节量需求，实现多源多荷多域的协调控制。
(7)搭建电力***“源荷域”协调控制空间，绘制出多源多荷多域的调控平面，监控电网实际运行。
进一步地，所述步骤(1)中，***平衡调节量的计算表达式，如下式：
|ΔPbalance|＝|PG,lim-PL,lim|
式中：ΔPbalance为***所需的平衡调节量，PG,lim为电网旋转机组的调节限值，PL,lim为电网负荷限值。
进一步地，所述步骤(2)中，多源多荷关于多控制域的划分函数表达式，如下式：
式中：t为电网运行的时刻值，ΔPu,t为正常调控域内具备的调节量，ΔPT,max(t)为t时刻火电机组的最大调节量，ΔPH,max(t)为t时刻水电机组的最大调节量，ΔPun,t为异常调控域内具备的调节量，ΔPS,max(t)为t时刻储能的最大调节量，ΔPur,t为紧急调控域内具备的调节量，ΔPW,max(t)为t时刻风电的最大调节量，ΔPP,max(t)为t时刻光伏的最大调节量，ΔPN,max(t)为t时刻核电的最大调节量，ΔPL,max(t)为t时刻可互动负荷的最大调节量。
进一步地，所述步骤(3)中，“源荷域”控制平面方程表达式，如下式：
|ΔPbalance|＝ΔPu+ΔPun+ΔPur＝ku,tΔPu,t+kun,tΔPun,t+kur,tΔPur,t
式中：ΔPu为正常调控域调节变量，ΔPun为异常调控域调节变量，ΔPur为紧急调控域调节变量，ku,t为正常调控域的决策系数，kun,t为异常调控域的决策系数，kur,t为紧急调控域的决策系数。
进一步地，所述步骤(4)中，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部，判别表达式如下式：
式中：margin为***充裕度。
进一步地，所述步骤(5)中，“源荷域”协调调控优化模型表达式，如下式：
minΔPk,t＝ku,tΔPu,t+kun,tΔPun,t+kur,tΔPur,t
式中：ΔPk,t为源荷域调控总量，χ为多域转换判据，χun为由正常调控域转换至异常调控域的判据，χur为由异常调控域转换至紧急调控域的判据。
进一步地，所述步骤(7)中，搭建源荷域协调调控空间，平面示意如图1。
有益效果
本发明提供的清洁能源电网源荷域协调调控方法，充分考虑多源的裕度调节特性，可互动负荷的调控特性，多源调控的成本特性，清洁能源消纳最大化等因素，定义了多控制域调度模式，引入了正常控制域、异常控制域、紧急控制域的决策系数向量，通过各域的控制优先级，建立源荷域协调调控优化模型，以最小调节量满足***充裕需求，实现最大化清洁能源消纳。相比于现有源网荷清洁能源协调技术，本发明引入了多域控制的运行新方法，完整计及了多源与多荷的调控特性，充分优化了多源与多荷的决策策略，综合***调节裕度、清洁能源消纳、调控成本量等因素，达到***资源调配的整体最优。
附图说明
图1为本发明提供的一种清洁能源电网源荷域协调调控空间平面示意图。
图2为本发明提供的一种源荷域调控平面分析结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的电力***源荷域协调调控空间如图1所示，
X轴为正常调控域，由水电和火电实现电网调控要求，是电网处于腰荷和尖峰时段的正常调控，腰荷时段，水电带最小出力，火电为主要调峰调频或联络线，上负荷阶段，以加火电为主，水电微调，下负荷阶段，以减火电为主，水电微调。
Y轴为异常调控域，当电网处于腰荷或低估时段，由于清洁能源发电电力超出正常调控能力，需要投入电储热和电池储能，以保证电网处于正常运行状态，此时的电网处于异常运行状态；启动储热和电池调控策略，在腰荷时段，先启动电池储能，再启动发电厂端电储热以及分布式电储热；在低谷负荷下降时段，先启动分布式电储热，再启动发电厂端电储热以及电池储能；在低谷负荷上升时段，先退出发电厂端电储热，分布式电储热按储热能力相继退出。
Z轴为紧急调控域，当电网处于异常运行状态，电储热和电池储能全部投入后，电网清洁能源发电电力仍然超出电网需求，此时的电网处于紧急运行状态，启动清洁能源发电限电策略，按核电、风电和光伏、可转移负荷顺序进行调控，电网紧急运行状态恢复过程，按可转移负荷、光伏、风电和核电顺序进行调控。
本发明提供一种新能源电网源-荷-域协调调控方法，实现含新能源电力***的多源多荷多域协调调控空间的构建，具体包括下述步骤：
(1)依据全网电源开机方式、负荷极值，构建平衡调节量的计算模型，求解电力***平衡调节量的需求值。
(2)面对电网多源电源、多类负荷，定义多源多荷关于多控制域的划分函数，为下一步的“源荷域”平面方程提供边界调节变量。
(3)构建多源多荷多域的“源荷域”控制平面方程，刻画出“源荷域”空间的调控平面，直观指导多源多荷多域的协调控制。
(4)采集源荷运行的实时状态，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部，为下一步的调控优化模型，提供初始运行条件。
(5)建立“源荷域”协调调控优化模型，通过在调控空间的运行点优化，得到不同控制域间的最优决策向量。
(6)将最优决策向量带入调控空间，判别是否满足平衡调节量需求，实现多源多荷多域的协调控制。
(7)搭建电力***“源荷域”协调控制空间，绘制出多源多荷多域的调控平面，监控电网实际运行。
下面结合具体实施例对本发明做进一步地详细说明。
(1)为消纳新能源电力，常在负荷低谷时段出现平衡量不足的情况，首先，依据全网开机方式与负荷情况，为确保电网安全稳定运行，计算当前***的平衡调节量需求值：
|ΔPbalance|＝|PG,lim-PL,lim|＝|1600万千瓦-1800万千瓦|＝200万千瓦
(2)采集电网多源电源、多类负荷运行信息，定义多源多荷关于多控制域的划分函数，求解当前运行状态下，多源多荷多域的可调节值。
其中，正常域内，火电机组的可调裕度为80万千瓦，水电机组的可调裕度为5万千瓦；异常域内，电热储能与电池储热的可调裕度为150万千瓦；紧急域内，风电通过限电实现的调节裕度为200万千瓦，夜间负荷低谷时段光伏没有调节裕度，核电需带基荷运行，能提共50万千瓦的调节裕度，可转移负荷可提供300万千瓦调节裕度。
多源多荷可调节能力如表1所示：
表1多源多荷多域调节能力表
源荷类型 可调节容量(万千瓦) 控制域
火电机组 80 正常域
水电机组 5 正常域
电储能 150 异常域
风电机组 200 异常域
核电机组 50 紧急域
可转移负荷 300 紧急域
(3)构建多源多荷多域的“源荷域”控制平面方程，求解出“源荷域”空间的调控平面，直观指导多源多荷多域的协调控制。
ku,t×85万千瓦+kun,t×150万千瓦+kur,t×550万千瓦≥200万千瓦
(4)采集源荷运行的实时状态，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部，通过优化调控使***运行点在调控平面的外部，确保***充裕性运行。
(5)建立“源荷域”协调调控优化模型，通过在调控空间的运行点优化，得到不同控制域间的最优决策向量。
minΔPk,t＝ku,t×85万千瓦+kun,t×150万千瓦+kur,t×550万千瓦
(6)依据步骤(5)求解出决策向量，将带入调控空间，判别是否满足平衡调节量需求，实现多源多荷多域的协调控制。
[ku,t,kun,t,kur,t]＝[1,0.8,0]
(7)搭建电力***“源荷域”协调控制空间，绘制出本实施例的多源多荷多域调控平面，如图2所示，监控电网实际运行。
经多源多荷多域的协调调控，***在消纳新能源的同时，时刻保持充裕性运行。在本实施例中，在源荷域调控空间中，采用了火电深调、水电微调、储热投入，运行在正常域与异常域中，没有进入紧急域，满足了新能源电网的调节充裕性，确保了电网安全稳定运行。通过实施例论证，本发明所提出的源荷域协调调控方法在电网平衡调节过程中得到了综合加权指数最高，为全局最优解，对比论证表如表2所示：
表2实施例方案对比分析结果

Claims (10)

1.一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：1)构建平衡调节量的计算模型，求解电力***平衡调节量的需求值；(2)定义多源多荷关于多控制域的划分函数；(3)构建多源多荷多域的“源荷域”控制平面方程，刻画出“源荷域”空间的调控平面；(4)采集源荷运行的实时状态，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部；(5)建立“源荷域”协调调控优化模型，通过在调控空间的运行点优化，得到不同控制域间的最优决策向量；(6)将决策向量带入调控空间，判别是否满足平衡调节量需求；(7)搭建电力***“源荷域”协调控制空间，绘制出多源多荷多域的调控平面，监控电网实际运行。
2.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(1)中，***平衡调节量的计算表达式，如下式：
|ΔPbalance|＝|PG,lim-PL,lim|
式中：ΔPbalance为***所需的平衡调节量，PG,lim为电网旋转机组的调节限值，PL,lim为电网负荷限值。
3.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(2)中，多源多荷关于多控制域的划分函数表达式，如下式：
式中：t为电网运行的时刻值，ΔPu,t为正常调控域内具备的调节量，ΔPT,max(t)为t时刻火电机组的最大调节量，ΔPH,max(t)为t时刻水电机组的最大调节量，ΔPun,t为异常调控域内具备的调节量，ΔPS,max(t)为t时刻储能的最大调节量，ΔPur,t为紧急调控域内具备的调节量，ΔPW,max(t)为t时刻风电的最大调节量，ΔPP,max(t)为t时刻光伏的最大调节量，ΔPN,max(t)为t时刻核电的最大调节量，ΔPL,max(t)为t时刻可互动负荷的最大调节量。
4.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(3)中，“源荷域”控制平面方程表达式，如下式：
|ΔPbalance|＝ΔPu+ΔPun+ΔPur＝ku,tΔPu,t+kun,tΔPun,t+kur,tΔPur,t
式中：ΔPu为正常调控域调节变量，ΔPun为异常调控域调节变量，ΔPur为紧急调控域调节变量，ku,t为正常调控域的决策系数，kun,t为异常调控域的决策系数，kur,t为紧急调控域的决策系数。
5.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(4)中，判别当前***运行点在“源荷域”调控平面的内部与外部，判别表达式如下式：
式中：margin为***充裕度。
6.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(5)中，“源荷域”协调调控优化模型表达式，如下式：
minΔPk,t＝ku,tΔPu,t+kun,tΔPun,t+kur,tΔPur,t
式中：ΔPk,t为源荷域调控总量，χ为多域转换判据，χun为由正常调控域转换至异常调控域的判据，χur为由异常调控域转换至紧急调控域的判据。
7.如权利要求1所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(7)中，搭建源荷域协调调控空间，该空间X轴为正常调控域，Y轴为异常调控域，Z轴为紧急调控域。
8.如权利要求7所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(7)搭建源荷域协调调控空间，X轴为正常调控域，由水电和火电实现电网调控要求，是电网处于腰荷和尖峰时段的正常调控，腰荷时段，水电带最小出力，火电为主要调峰调频或联络线，上负荷阶段，以加火电为主，水电微调，下负荷阶段，以减火电为主，水电微调。
9.如权利要求7所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(7)搭建源荷域协调调控空间，Y轴为异常调控域，当电网处于腰荷或低估时段，由于清洁能源发电电力超出正常调控能力，需要投入电储热和电池储能，以保证电网处于正常运行状态，此时的电网处于异常运行状态；启动储热和电池调控策略，在腰荷时段，先启动电池储能，再启动发电厂端电储热以及分布式电储热；在低谷负荷下降时段，先启动分布式电储热，再启动发电厂端电储热以及电池储能；在低谷负荷上升时段，先退出发电厂端电储热，分布式电储热按储热能力相继退出。
10.如权利要求7所述的一种清洁能源电网“源荷域”协调调控方法，其特征在于，所述步骤(7)搭建源荷域协调调控空间，Z轴为紧急调控域，当电网处于异常运行状态，电储热和电池储能全部投入后，电网清洁能源发电电力仍然超出电网需求，此时的电网处于紧急运行状态，启动清洁能源发电限电策略，按核电、风电和光伏、可转移负荷顺序进行调控，电网紧急运行状态恢复过程，按可转移负荷、光伏、风电和核电顺序进行调控。
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