CN111884228A - 一种考虑区域可再生能源消纳的upfc控制策略 - Google Patents
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Abstract
本申请一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,包括:获取***安全运行时的实时数据;建立目标函数;求解目标函数的可行域;在可行域内对目标函数进行求解;根据目标函数的解对***损耗进行反馈控制;本申请的控制策略使得建立的目标函数和约束条件更贴近当前的***运行情况,最大化减少网损和可再生资源的浪费,降低电网运行成本;在计算得到基于OPF算法的最优运行点后对其进行反馈控制,融合了动态控制策略计算量小、控制速度快的优点和基于OPF算法运行策略的多目标协同优化的优点,可同时满足大规模可再生资源接入电网运行中的损耗控制、电压越限控制和线路过载控制的要求,提高区域电网在安全经济运行的可再生能源的消纳能力。
Description
技术领域
本发明属于电力***UPFC控制领域,具体涉及一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略。
背景技术
近年我国在风电光伏等可再生能源领域发展迅猛,然而,电网出力的波动性和不确定性极大限制了新能源并网消纳能力,导致“三北”地区出现较高的弃风弃光问题,严重阻碍了可再生能源的健康发展。除了调峰能力、消纳市场空间不足等因素外,电网传输能力限制也是制约可再生能源消纳的关键因素之一。
统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)具有多个控制功能,可以同时实现电压越限控制、线路过载控制和损耗控制,为解决大规模可再生能源接入电网运行中遇到的问题提供了一种有效的手段,可以降低高比例可再生能源电网的运行难度,提高电网消纳可再生能源的能力。
目前,利用UPFC解决上述可再生能源接入电网的问题通常有两种途径:实时动态控制策略和基于最优潮流(Optimal Power Flow,OPF)算法的运行策略,其中实时动态控制策略多利用反馈控制实现快速有效的动态控制,其控制目标通常单一且固定。基于OPF算法的运行策略可实现多个耦合度较大的控制目标和运行参数的协同优化,但其计算量受***规模影响较大,考虑可再生能源发电量和负荷波动的影响,计算过程较为复杂,电网运行中在线计算的难度较大。
发明内容
基于此,本发明旨在提出一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,以提高区域电网在安全经济运行下的可再生能源消纳能力。
本发明一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,包括:
获取***安全运行时的实时数据以确定约束条件;
根据目标函数的解获取校正信号叠加在动态控制器上,对流入UPFC的线路电流进行反馈控制使得***运行在最优运行点。
进一步地,获取***安全运行时的实时数据以确定约束条件包括:
其中为线路k的电流,为UPFC并联侧的母线电压,为UPFC安装前线路k的电流,为未接入UPFC前母线的母线电压,A'k为UPFC注入电流改变对输电线路电流的影响因子,其大小只与网架结构参数有关,Zk为线路阻抗,Λn为组成制定有向通路的线路集合,被指定有向通路可以是起点为UPFC并联侧线路母线,终点为线路k的任意通路;Sgnkk为有向通路的线路集合Λn中除被指定有向通路的其余线路的方向标识,当与被指定有向通路同向时,Sgnkk=1,反向则Sgnkk=-1。
进一步地,电压允许运行范围为k=1,2,....,m,其中A″k为串联电流和并联电流的变化对输定线路电流的影响因子,Vk,min,Vk,max分别为母线电压允许运行范围的下限和上限,为UPFC安装前母线的电压。
进一步地,线路负载率约束为k=2,3,...,n,Ik,limit为线路k电流的热稳定限额,为UPFC安装前线路k的电流,A'k为UPFC注入电流改变对输电线路电流的影响因子,其大小只与网架结构参数有关。
进一步地,UPFC装置容量约束为其中为串联侧换流器的输出电压,为线路电流,Pdc为串、并联换流器之间的有功功率交换量,VseR,IR,PdcR分别为UPFC换流器的额定电压、额定电流及直流侧额定功率。
进一步地,所述控制策略还包括:
在可行域内无法求得目标函数的解时放松约束条件,重新计算目标函数的可行域。
进一步地,放松约束条件包括:
对电压允许运行范围进行增加上限和降低下限处理。
进一步地,放松约束条件还包括:
增加线路k电流的热稳定限额Ik,limit。
进一步地,放松约束条件还包括:
增加UPFC换流器的额定电压、额定电流及直流侧额定功率VseR,IR,PdcR。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果:
本发明一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,考虑了***安全运行时的实时数据,使得建立的目标函数和约束条件更贴近当前的***运行情况,由此实施的控制策略为电网的实时调度计划提供更有力的参考,最大化减少网损和可再生资源的浪费,降低电网运行成本;在计算得到基于OPF算法的最优运行点后对其进行反馈控制,融合了动态控制策略计算量小、控制速度快的优点和基于OPF算法运行策略的多目标协同优化的优点,可同时满足大规模可再生资源接入电网运行中的损耗控制、电压越限控制和线路过载控制的要求,提高区域电网在安全经济运行的可再生能源的消纳能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明一种实施例的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略实施流程图
图2本发明另一实施例UPFC接入电网***架构示意图
图3本发明另一实施例UPFC线路降损策略示意图
具体实施方式
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做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。
请参阅图1,本实施例提供一种考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,具体实现方法包括:
获取***安全运行时的实时数据以确定约束条件;
根据约束条件计算目标函数的可行域,在可行域内求得目标函数的解;
根据目标函数的解获取校正信号叠加在动态控制器上,对流入UPFC的线路电流进行反馈控制使得***运行在最优运行点。
本实施例的实时数据包括来自电网实时监测设备(如同步相位测量单元PMU)、SCADA监控***、调度自动化***EMS以及电网调度信息管理***OMS等提供的***运行参数及设备实时运行状态等数据。
请参阅图2和图3,下面结合一具体的电网架构介绍本发明的另一实施例,在UPFC大规模接入可再生能源电网***后对电网进行考虑安全稳定运行约束的线路降损,以提高***对可再生能源的消纳能力。
UPFC接入***后的电网架构如图2所示,假设区域内含m个节点,n条线路,母线的电压为线路k的电流为阻抗为Zk=Rk+jXk;UPFC中的串联侧换流器(换流器2)注入节点编号为1和2;为流入UPFC安装线路的电流;为串联侧换流器输出电压。
计算网损把负荷及接入***的可再生能源等效为电流源,此时***网损为考虑UPFC安装线路电流偏离无约束时网损最小的运行点时,总网损增加量ΔPLoss为其中ΔIL为的幅值,ΔILx为的实部,ΔILy为的虚部;RAll为***等效阻抗。
从总网损增加量的计算过程中可以确定寻找满足安全稳定运行约束且幅值最小的即可确定输电线路损耗最小的最优运行点,最优运行点处的电流表示为其中表示UPFC接入***后的线路电流,表示UPFC接入***前的线路电流。
(1)电压允许运行范围:
(2)线路负载率约束:
(3)UPFC装置容量约束:
UPFC的运行参数由和表示,如图2所示,串联侧换流器输出电压有其中为串联侧换流器接入线路节点1的端电压,为串联侧换流器接入线路节点2的端电压;串并联两侧的换流器间的有功功率交换量为 为的共轭相量,因此UPFC装置容量约束为
VseR,IR,PdcR分别为UPFC换流器的额定电压、额定电流及直流侧额定功率。
对该OPF问题进行求解:
步骤1:获取电网实时监测设备(如同步相位测量单元PMU)、SCADA监控***、调度自动化***EMS以及电网调度信息管理***OMS等提供的***运行参数及设备实时运行状态等数据,确定约束条件的限值;
为UPFC并联侧的母线电压,Λn为组成制定有向通路的线路集合,被指定有向通路可以是起点为UPFC并联侧线路母线,终点为线路k的任意通路;Sgnkk为有向通路的线路集合Λn中除被指定有向通路的其余线路的方向标识,当与被指定有向通路同向时,Sgnkk=1,反向则Sgnkk=-1;
步骤4:在可行域内求解OPF问题,若可行域内无法求解,则放松上述约束条件,例如增加电压运行范围的上限Vk,max,降低电压运行范围的下限Vk,min;增加线路k电流的热稳定限额Ik,limit;增加UPFC换流器的额定电压、额定电流及直流侧额定功率VseR,IR,PdcR,并返回步骤3重新计算可行域。
如图3所示,IL,set=ILx,set+jILy,set为给定的UPFC安装线路电流设定值,IL,ref=ILx,ref+jILy,ref为本实施例实施的降损策略产生的UPFC安装线路电流指令值,经过坐标变换后,生成UPFC串联换流器电流矢量控制模块指令值。为同时满足大规模可再生能源电网运行中损耗控制、电压越限控制和线路过载控制的需要,将OPF计算得到的校正信号叠加到动态控制器上,通过对ILx、ILy的反馈控制可以将反馈差值PA、PB控制到0,使***运行在考虑安全稳定运行约束下的网损最小运行点。
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,本领域的技术人员应当理解:其依然可以对前述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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
3.根据权利要求1所述的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,其特征在于,所述获取***安全运行时的实时数据以确定约束条件包括:
7.根据权利要求1-6任一项所述的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,其特征在于,所述控制策略还包括:
在所述可行域内无法求得目标函数的解时放松约束条件,重新计算目标函数的可行域。
8.根据权利要求7所述的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,其特征在于,所述放松约束条件包括:
对电压允许运行范围进行增加上限和降低下限处理。
9.根据权利要求7所述的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,其特征在于,所述放松约束条件还包括:
增加线路k电流的热稳定限额Ik,limit。
10.根据权利要求7所述的考虑区域可再生能源消纳的UPFC控制策略,其特征在于,所述放松约束条件还包括:
增加UPFC换流器的额定电压、额定电流及直流侧额定功率VseR,IR,PdcR。
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