一種可再生能源分散接入配電網的監控裝置的製作方法
2024-03-24 02:56:05
本發明涉一種可再生能源分散接入配電網的監控裝置。
背景技術：
能源和環境危機已經成為影響人類持續發展的重要問題，清潔、分布式再生能源的利用是解決這一問題的根本途徑。隨著風力發電、光伏發電、波浪發電等分布式再生能源發電技術的成熟，越來越多的分布式再生能源配電系統以分布式形式接入電網，滿足人們日常生產、生活用電的需求。
近些年，風力發電和光伏發電等分布式電源接入電網的規模和容量正逐步地增長，有效提高了新能源的利用效率，減少了環境汙染，增加了輸配電系統的傳輸裕度。但風力發電和光伏發電具有間歇性、隨機性和波動性，這種不確定性對電網造成了一定的衝擊。當分布式電源的滲透率到達一定的程度時，甚至會進一步影響系統的安全穩定運行。
目前，大批分布式能源系統接入低壓配電系統，低壓配電系統建設和光伏發電系統的建設不同步，一般是低壓配電系統建成運行多年後，分布式系統要接入；低壓配電系統和分布式系統建設的不同，由於分布式能源在接入電壓配電系統時，由於分布式能源存在多處諧波，電壓波動和閃變等問題，對系統安全運行帶來很大的危害；而且降低了整個系統的負載功率因數，使系統線損增加。
在分布式再生能源運行過程中，風機的運行方式有恆功率因數、恆電壓控制和恆無功控制三種運行方法。目前配電系統安裝的分布式再生能源為變速恆頻分布式再生能源，其中雙饋分布式再生能源有恆功率因數與恆電壓控制兩種運行方式，其本質在於對配電系統的無功調度與電壓控制策略的不同，由於國內大部分風場都採用該種機型的分布式再生能源，因此對該類型機組的無功自動補償的研究具有重大意義。
技術實現要素：
本發明提供一種可再生能源分散接入配電網的監控裝置，該監控裝置實現了針對各種情況下的電源靈活性及其運行成本的最優組合的獲取，且其優化過程簡單且可靠；優化結果準確且有效，進而提高了電力系統運行的穩定性；該監控裝置在分布式再生能源恆定有功功率控制模式下結合配電系統內有功損耗影響的多目標優化的無功功率分配方法，提高配電系統經濟運行。
為了實現上述目的，本發明提供一種可再生能源分散接入配電網的監控裝置，所述分布式再生能源為風電場，所述監控裝置採用如下策略優化配電網：採集配電網的電力數據，並進行優化潮流計算，選取分布式再生能源靈活性評估時間尺度參數，建立分布式再生能源靈活性優化模型；根據所述優化潮流計算的結果及所述分布式再生能源靈活性優化模型，獲得並輸出分布式再生能源側靈活性最優結果，然後根據該最優結果控制分布式再生能源的出力。
優選的，根據所述分布式再生能源靈活性評估時間尺度參數，建立分布式再生能源靈活性優化模型中的評價目標函數；
確定所述分布式再生能源靈活性優化模型中的所述評價目標函數的約束條件。
優選的，該監控裝置包括：
分布式再生能源監控模塊，用於實時監測和控制分布式再生能源的運行；
併網監控模塊，用於監測配電網的運行情況，並用於控制分布式再生能源的接入配電網運行；
SVG監控模塊，用於實時監控SVG設備；
中控模塊，用於確定配電網的運行方法，並向上述監控裝置中的各模塊發出指令，以執行該運行方法；
通信總線，用於該監控裝置的各個模塊的通信聯絡。
優選的，該監控裝置包括：
分布式再生能源靈活性優化模型中的評價目標函數為：
式(1)中，f1為以運行成本最小為目標的評價目標函數；Pi為配電網內常規機組出力；a、b、c分別為機組的二階運行成本函數對應的係數；N為配電網內常規機組的總數；f2為以分布式再生能源出力變化量最大為目標的評價目標函數；ΔPwi為配電網內分布式再生能源i的出力變化，且配電網內分布式再生能源i的出力變化僅考慮向上方向並對應分布式再生能源出力增加的情況；Nw為配電網內分布式再生能源的個數。
優選的，該監控裝置包括：
所述約束條件包括通用約束和靈活性約束。
優選的，該監控裝置包括：
所述通用約束包括節點功率平衡約束、電壓約束和線路約束：
對於分布式再生能源節點，其節點功率平衡約束為：
對於非分布式再生能源節點，其節點功率平衡約束為：
式(2)及(3)中，PGk、QGk分別為節點k的有功功率和無功功率；PLk、QLk分別為節點k的有功負荷和無功負荷；ΔPwk、ΔQwk分別為節點k的分布式再生能源有功變化和無功變化，Vk為節點k的電壓；Vj為節點j的電壓；Gkj、Bkj、θkj分別為節點k和j之間的電導、電納和相角差；
所述節點電壓約束為：
式(4)中，Vk、分別為節點k的電壓及其上、下限；
所述節點線路約束為：
式(5)中，Pl、分別為配電線路的潮流值和限值。
優選的，該監控裝置包括：
所述靈活性約束包括時間尺度約束、機組出力約束和區域電網交換功率約束：
所述時間尺度約束Δt為：
Δt≤T (6)
式(6)中，T為所述電源靈活性評估時間尺度參數、且T＝10～30min；
所述機組出力約束為：
max{PGi,min,PGi,0-rdi·Δt}≤PGi≤min{PGi,max,PGi,0+rui·Δt} (7)
式(7)中，PGi為機組i的出力；PGi,0、PGi,max、PGi,min分別為機組i的當前出力以及其出力的上、下限；rui、rdi分別為機組i的向上和向下的爬坡速率；
所述區域電網交換功率約束為：
|Pc|≤min{PLine，max-PLine,0,ΔPex,max} (8)
式(8)中，Pc為聯絡區域的出力；PLine,0、PLine，max分別為聯絡區域聯絡線上的當前傳輸有功功率和最大傳輸有功功率；ΔPex,max為聯絡區域的最大功率交換限制。
本發明的監控裝置具有如下優點：(1)實現了針對各種情況下的電源靈活性及其運行成本的最優組合的獲取，且其優化過程簡單且可靠；優化結果準確且有效，進而提高了電力系統運行的穩定性；(2)實現配電系統的經濟運行，以及抑制電壓波動，通過對配電系統數據的採集，建立網絡架構模型，在恆功率控制策略下，保證分布式再生能源功率因數不變，通過無功調控完成經濟運行。
附圖說明
圖1示出了本發明的一種具有分布式再生能源的配電系統及其監控裝置的框圖；
圖2示出了一種可再生能源接入配電網的運行方法。
具體實施方式
圖1是示出了本發明的一種具有分布式再生能源的配電系統，該配電系統10包括：分布式再生能源12、分布式再生能源接入模塊14、SVG設備13和監控裝置11；
所述分布式再生能源接入模塊14，用於將分布式再生能源12接入配電網20，包括與配電網20連接的斷路器和變壓器，
該監控裝置11包括：
分布式再生能源監控模塊112，用於實時監測和控制分布式再生能源的運行；
併網監控模塊114，用於監測配電網的運行情況，並用於控制分布式再生能源的接入配電網運行；
SVG監控模塊113，用於實時監控SVG設備；
中控模塊115，用於確定配電系統的運行方法，並向上述監控裝置中的各模塊發出指令，以執行該運行方法；
通信總線111，用於該監控裝置的各個模塊的通信聯絡。
優選的，所述分布式再生能源監控模塊112實時獲取分布式再生能源的運行數據，並存儲數據。
優選的，所述分布式再生能源12為風電場，所述監控裝置11採用如下策略優化配電系統10：採集配電系統10的電力數據，並進行優化潮流計算，選取分布式再生能源靈活性評估時間尺度參數，建立分布式再生能源靈活性優化模型；根據所述優化潮流計算的結果及所述分布式再生能源靈活性優化模型，獲得並輸出分布式再生能源側靈活性最優結果，然後根據該最優結果控制分布式再生能源的出力。
優選的，根據所述分布式再生能源靈活性評估時間尺度參數，建立分布式再生能源靈活性優化模型中的評價目標函數；
確定所述分布式再生能源靈活性優化模型中的所述評價目標函數的約束條件。
優選的，分布式再生能源靈活性優化模型中的評價目標函數為：
式(1)中，f1為以運行成本最小為目標的評價目標函數；Pi為配電系統內常規機組出力；a、b、c分別為機組的二階運行成本函數對應的係數；N為配電系統內常規機組的總數；f2為以分布式再生能源出力變化量最大為目標的評價目標函數；ΔPwi為配電系統內分布式再生能源i的出力變化，且配電系統內分布式再生能源i的出力變化僅考慮向上方向並對應分布式再生能源出力增加的情況；Nw為配電系統內分布式再生能源的個數。
優選的，所述約束條件包括通用約束和靈活性約束。
優選的，所述通用約束包括節點功率平衡約束、電壓約束和線路約束：
對於分布式再生能源節點，其節點功率平衡約束為：
對於非分布式再生能源節點，其節點功率平衡約束為：
式(2)及(3)中，PGk、QGk分別為節點k的有功功率和無功功率；PLk、QLk分別為節點k的有功負荷和無功負荷；ΔPwk、ΔQwk分別為節點k的分布式再生能源有功變化和無功變化，Vk為節點k的電壓；Vj為節點j的電壓；Gkj、Bkj、θkj分別為節點k和j之間的電導、電納和相角差；
所述節點電壓約束為：
式(4)中，Vk、分別為節點k的電壓及其上、下限；
所述節點線路約束為：
式(5)中，Pl、分別為配電線路的潮流值和限值。
優選的，所述靈活性約束包括時間尺度約束、機組出力約束和區域電網交換功率約束：
所述時間尺度約束Δt為：
Δt≤T (6)
式(6)中，T為所述電源靈活性評估時間尺度參數、且T＝10～30min；
所述機組出力約束為：
max{PGi,min,PGi,0-rdi·Δt}≤PGi≤min{PGi,max,PGi,0+rui·Δt} (7)
式(7)中，PGi為機組i的出力；PGi,0、PGi,max、PGi,min分別為機組i的當前出力以及其出力的上、下限；rui、rdi分別為機組i的向上和向下的爬坡速率；
所述區域電網交換功率約束為：
|Pc|≤min{PLine，max-PLine,0,ΔPex,max} (8)
式(8)中，Pc為聯絡區域的出力；PLine,0、PLine，max分別為聯絡區域聯絡線上的當前傳輸有功功率和最大傳輸有功功率；ΔPex,max為聯絡區域的最大功率交換限制。
優選的，該配電系統採用如下方式進行無功自動補償：
通過分布式再生能源監控模塊，獲取配電系統中各分布式再生能源運行狀態、有功功率值、配電系統其他單元實時數據，提取數據並進行篩選，剔除停機或存在故障風機數據；基於實時數據，建立配電系統無功電壓優化控制模型；併網監控模塊根據調度系統下達的分布式再生能源併網點電壓指令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指令；以無功功率的時間尺度變化選擇兩種控制模式；
若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將機組控制方式轉換為恆定有功功率控制，以配電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將所獲取數據代入模型中，進行機組無功分配；
求解目標函數，得到風機無功調節值；根據併網點實時電壓，設計管理流程，將可調範圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各分布式再生能源不同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的分布式再生能源；
若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將機組運行模式切換為恆定電壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將所獲取數據代入模型中，進行機組無功分配。
參見附圖2，本發明的一種可再生能源接入配電網的運行方法，包括如下步驟：
S1.分布式再生能源監控模塊實時獲取分布式再生能源運行數據，並存儲數據，實時採集配電系統的電力數據，並進行優化潮流計算；
S2.選取電源靈活性評估時間尺度參數，建立電源靈活性優化模型，根據所述優化潮流計算的結果及所述分布式再生能源靈活性優化模型，獲得並輸出分布式再生能源側靈活性最優結果，然後根據該最優結果控制分布式再生能源的出力
S3.採集分布式再生能源併網點電壓信息，同時根據配電網調度指令確定配電系統有功及無功輸出需求；
S4.將配電系統有功及無功輸出需求、當前分布式再生能源接入模塊功率需求、分布式再生能源可輸出有功和無功、SVG設備可輸出無功作為約束條件，實現配電系統的無功優化運行，抑制電壓波動。
優選的，在步驟S2中，優選的，所述分布式再生能源為風電場，根據所述分布式再生能源靈活性評估時間尺度參數，建立分布式再生能源靈活性優化模型中的評價目標函數；
確定所述分布式再生能源靈活性優化模型中的所述評價目標函數的約束條件。
優選的，在步驟S4中，無功優化運行具體包括如下步驟：
S41.通過分布式再生能源監控模塊，獲取配電系統中各分布式再生能源運行狀態、有功功率值、配電系統其他單元實時數據，此過程中配電系統數據採集頻率範圍為10s～10min，提取數據並進行篩選，剔除停機或存在故障風機數據；基於實時數據，建立配電系統無功電壓優化控制模型；併網監控模塊根據調度系統下達的分布式再生能源併網點電壓指令，若上級系統沒有下達指令，則由中控模塊給定指令；以無功功率的時間尺度變化選擇兩種控制模式；
S42.若無功變化尺度以分鐘/小時級時間尺度變化，將機組控制方式轉換為恆定有功功率控制，以配電系統經濟運行為控制目標，建立目標函數，將S41所獲取數據代入模型中，進行機組無功分配；
S43.求解目標函數，得到風機無功調節值；根據併網點實時電壓，設計管理流程，將可調範圍內的電壓分為五個等級，每個等級對應不同的無功調節量，根據各分布式再生能源不同的運行狀態，將所獲得的無功功率值分配到對應的分布式再生能源；
S44.若無功變化尺度以毫秒/秒級時間尺度變化，將機組運行模式切換為恆定電壓控制方式；以抑制電壓波動為目標，建立目標函數，將S1和S31所獲取數據代入模型中，進行機組無功分配；
S45.配電系統內各單元接到無功優化控制指令，根據自身相應情況完成指令，執行指令後，將響應值與併網點電壓反饋給調度系統。
優選的，S41中通過監控裝置，獲取配電系統實時數據和PCC點電壓控制指令，設置PCC點電壓波動閥值；
ΔU＝|UWFcmd-UWFout|≤ξ
式中，UWFcmd為分布式再生能源併網點期望電壓值；UWFout為分布式再生能源併網點實時電壓值；ξ為配電系統電壓閾值；ΔU為併網點電壓偏差值。
優選的，S42中，建立以配電系統經濟優化分配為目標的無功優化函數：
min(F)＝w1Ploss+w2QC+λ1ΔUi+λ2ΔQ
式中，Ploss為配電系統有功損耗；QC為SVG設備投入容量；ΔUi為各節點電壓越限值；ΔQi為風機發出無功功率越限值；w1和w2為有功網損和無功補償容量的權重因子，並且w1+w2＝1；λ為罰因子，在計算最優函數，起到約束問題。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。