交直流混合電網聯合實時調峰方法
2023-06-06 13:47:36 2
交直流混合電網聯合實時調峰方法
【專利摘要】本發明公開了一種交直流混合電網聯合實時調峰方法，屬於電力系統運行與控制【技術領域】。本發明提出解除非安全穩定約束的聯絡線計劃和直流系統輸電計劃的約束，將交直流混合電網作為一個整體，建立綜合考慮新能源電站綜合評價指標及其功率限制量、可中斷負荷限制量、AGC機組經濟性和環保性，以及網損的目標函數，以AGC機組有功調節速率、直流系統功率、電網穩態頻率、有功備用和安全穩定輸電通道的在線輸電能力為約束，計及母線負荷預測、新能源電站功率預測和非AGC機組發電計劃，進行新能源電站功率、AGC機組有功、直流系統功率和可中斷負荷控制的優化計算。本發明可充分利用交直流混合電網的綜合輸電能力，提高新能源發電的接納水平。
【專利說明】交直流混合電網聯合實時調峰方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統運行與控制【技術領域】，更準確地說，本發明涉及一種適用於考慮安全可靠經濟運行約束要求的交直流混合電網聯合實時調峰控制方法。
【背景技術】
[0002]風電、光伏等新能源電站的發電特性具有波動性、隨機性和間歇性特點，隨著風電、光伏等新能源併網規模的逐漸增大，已有的電網調峰方法無法滿足充分利用交直流混合大電網的調控資源以提高新能源併網服務能力的要求。主要表現在:按設定的聯絡線計劃和直流系統輸電計劃進行分級分區控制，安全穩定輸電通道的功率約束採用的是離線計算得到的極限功率，沒有將交直流混合電網作為一個整體，統籌安排全網自動發電控制(AGC)機組、直流系統功率、新能源併網功率和可中斷負荷，充分利用交直流混合電網在線綜合輸電能力。
[0003]基於此，本發明提出基於解除非安全穩定約束的聯絡線計劃和直流系統輸電計劃的約束，以安全穩定通道的在線輸電能力為安全穩定約束，將交直流混合電網作為一個整體來吸納新能源電站電力的理念，建立了綜合考慮新能源電站綜合評價指標及其併網有功功率限制量、可中斷負荷限制量、AGC機組經濟性和環保性綜合評價因子及其有功調整量，以及網損的目標函數，將AGC機組有功調節速率和直流系統功率滿足其自身運行要求，各個同步電網的穩態頻率和有功備用滿足安全運行要求，以及安全穩定輸電通道的有功功率不大於其在線極限功率和交流輸電設備的過載安全作為約束條件，並計及超短期母線負荷預測、超短期新能源電站併網有功功率預測和其它非AGC機組發電實時計劃，進行新能源電站併網功率、AGC機組有功和直流系統功率控制的優化計算，可充分利用交直流混合大電網的綜合輸電能力，提高新能源併網功率的接納水平。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:解除非安全穩定約束的聯絡線計劃和直流系統輸電計劃的約束，以安全穩定通道的在線輸電能力為安全穩定約束，將交直流混合電網作為一個整體來吸納新能源電站電力，充分利用交直流混合電網的在線綜合輸電能力，提高新能源發電的接納水平。
[0005]具體地說，本發明是採用以下的技術方案來實現的，包括下列步驟:
[0006]I)若當前時刻是電網聯合調峰的考核時刻，則進入步驟2)，否則，不進行電網聯合調峰計算，結束本方法；
[0007]2)確定電網聯合調峰計算的基準時刻，進入步驟3)；
[0008]3)根據當前時刻直流輸電系統在電壓不變的條件下的功率與可持續運行時間的曲線，得到直流輸電系統與設定的持續運行時間要求相對應的正向輸電方式下的過載安全極限功率和反向輸電方式下的過載安全極限功率，根據當前時刻交流輸電設備在電壓和功率因數不變的條件下的有功功率與可持續運行時間的曲線，得到交流輸電設備與設定的持續運行時間要求相對應的過載安全有功功率極限值，進入步驟4)；
[0009]4)針對處於電網聯合調峰計算基準時刻的電網，建立綜合考慮新能源電站綜合評價指標及其併網有功功率限制量、可中斷負荷限制量、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的經濟性和環保性綜合評價因子及其相對於電網當前時刻的有功功率調整量、網損的目標函數，並將除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的有功功率調節速率的要求、直流輸電系統功率應不大於其過載安全極限功率的要求、交直流混合電網中各個同步電網的穩態頻率和有功備用安全運行的要求、各個安全穩定輸電通道的有功功率應不大於其在線極限功率估算值的要求、各個交流輸電設備的有功功率應不大於其過載安全有功功率極限值的要求，作為搜索電網聯合調峰計算基準時刻的新能源電站併網有功功率控制值、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功出力控制值、直流輸電系統功率和可中斷負荷控制值的約束條件，並計及超短期母線負荷預測、超短期新能源電站併網有功功率預測和除新能源電站之外的其它按發電計劃發電的機組的有功出力實時計劃，採用線性規劃方法進行求解，若能夠搜索到最優解，則進入步驟5)，否則，結束本方法；
[0010]所述安全穩定輸電通道的在線極限功率估算值，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間沒有設備投退計劃時，取值為最新的在線安全穩定分析結果中相應的安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間有設備投退計劃時，取值為基於最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行狀態、按該設備投退計劃修改後的電網運行狀態下安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積；
[0011]5)針對步驟4)搜索到的每個最優解，分別基於電網當前時刻的運行狀態，採用最優解中新能源電站併網有功功率控制值、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功出力控制值、直流輸電系統功率控制值和可中斷負荷控制值、電網聯合調峰計算基準時刻的超短期母線負荷預測值、按發電計劃發電的機組有功出力實時計劃值和在當前時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間的設備投退計劃，來替代電網當前時刻運行狀態中相應的量，並在此基礎上，進行潮流計算，若潮流收斂，則認為得到與該最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態，否則，認為該最優解不可行，得不到與該最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態；
[0012]若潮流收斂的最優解只有I個，則將其作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6)；若潮流收斂的最優解有多個，且根據可中斷負荷限制量之和最小原則搜索到的最優解只有I個，則將其作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6);若潮流收斂的最優解有多個，且根據可中斷負荷限制量之和最小原則搜索到的最優解有多個，則從中選出I個除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的有功出力變化量的絕對值之和最小的最優解，作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6);若沒有潮流收斂的最優解，則結束本方法；
[0013]6)若根據步驟5)中確定的作為安全穩定校核的最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態中的某個安全穩定輸電通道的有功功率與其在線極限功率估算值的比值小於設定的參數，則從安全穩定校核故障集中剔除與該安全穩定輸電通道所關聯且與其它安全穩定輸電通道不關聯的考核故障；[0014]若篩選後的安全穩定考核故障集是空集，則將該最優解作為電網聯合調峰的控制策略，結束本方法；否則針對步驟5)中確定的作為安全穩定校核的最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態和篩選後的安全穩定考核故障集，進行安全穩定校核；
[0015]若該運行狀態是安全穩定的，則將該最優解作為電網聯合調峰的控制策略，結束本方法；若該運行狀態是不安全穩定的，且當前時刻還在電網聯合調峰計算基準時刻之前、電網聯合調峰計算基準時刻與當前時刻之差大於設定時限，則對於電網聯合調峰計算基準時刻的安全穩定輸電通道的校核故障失去安全穩定的情況，將相應的安全穩定輸電通道的在線極限功率的估算係數用其與小於I的設定值的乘積來替代，返回步驟4);若該運行狀態是不安全穩定的，且當前時刻在電網聯合調峰計算基準時刻之前、電網聯合調峰計算基準時刻與當前時刻之差不大於設定時限或當前時刻已在電網聯合調峰計算基準時刻之後，則結束本方法。
[0016]本發明的有益效果如下:本發明提出了基於解除非安全穩定約束的聯絡線計劃和直流系統輸電計劃的約束，以安全穩定通道的在線輸電能力作為安全穩定約束，以新能源電站綜合評價指標與併網有功功率限制量的乘積、可中斷負荷限制量、AGC機組經濟性和環保性綜合評價因子與有功調整量乘積，以及與聯合調峰控制量相關的網損等加權值之和為目標函數，將交直流混合電網作為一個整體，統一配置有功備用、綜合利用所有輸電通道的在線輸電能力、充分發揮直流系統大範圍精確控制潮流的能力，充分發揮了交直流混合電網大範圍優化調控發電資源的能力，提高了新能源發電的接納水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明方法的流程圖。 【具體實施方式】
[0018]下面參照附圖並結合實例對本發明作進一步詳細描述。
[0019]圖1中步驟I描述的是若當前時刻是電網聯合調峰的考核時刻，則進入步驟2)，否則，不進行電網聯合調峰計算，結束本方法。
[0020]圖1中步驟2描述的是根據設定參數，將電網聯合調峰的當前考核時刻與緊隨當前考核時刻之後的考核時刻之間的某個時刻作為電網聯合調峰計算的基準時刻，即通過公式(I)來確定電網聯合調峰計算的基準時刻:
[0021]tc=t0+a(t1-t0)(I)
[0022]其中，t0為當前時刻，h為緊隨當前時刻之後的電網聯合調峰考核時刻，a為設定的參數，0.5〈a〈l，t。為電網聯合調峰計算的基準時刻。
[0023]圖1中步驟3描述的是根據當前時刻直流輸電系統在電壓不變的條件下的功率與可持續運行時間的曲線，得到直流輸電系統與設定的持續運行時間要求相對應的正向輸電方式下的過載安全極限功率和反向輸電方式下的過載安全極限功率，根據當前時刻交流輸電設備在電壓和功率因數不變的條件下的有功功率與可持續運行時間的曲線，得到交流輸電設備與設定的持續運行時間要求相對應的過載安全有功功率極限值。其中，設定的持續運行時間採用設定的係數與(Htl)乘積，h為當前時刻，t。為電網聯合調峰計算的基準時亥IJ，設定的係數大於1，通常設置為2 ；[0024]圖1中步驟4描述的是針對電網聯合調峰計算基準時刻的電網，建立綜合考慮新能源電站綜合評價指標及其併網有功功率限制量、可中斷負荷限制量、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的經濟性和環保性綜合評價因子及其相對於電網當前時刻的有功功率調整量、網損的目標函數，並將除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的有功功率調節速率應滿足要求、直流輸電系統功率應不大於其過載安全極限功率、交直流混合電網中各個同步電網的穩態頻率和有功備用應滿足安全運行要求、各個安全穩定輸電通道的有功功率應不大於其在線極限功率估算值、各個交流輸電設備的有功功率應不大於其過載安全有功功率極限值作為搜索電網聯合調峰計算基準時刻的新能源電站併網有功功率控制值、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功出力控制值、直流輸電系統功率和可中斷負荷控制值的約束條件，並計及超短期母線負荷預測、超短期新能源電站併網有功功率預測和除新能源電站之外的其它按發電計劃發電的機組的有功出力實時計劃，採用線性規劃方法進行求解，若能夠搜索到最優解，則進入步驟5)，否則，結束本方法；
[0025]所述安全穩定輸電通道的在線極限功率估算值，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間沒有設備投退計劃時，取值為最新的在線安全穩定分析結果中相應的安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間有設備投退計劃時，取值為基於最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行狀態、按該設備投退計劃修改後的電網運行狀態下安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積；
[0026]在步驟4)中通過採用線性規劃方法求解以公式(2)表示的目標函數、由公式
(3)-公式(10)組成的約束條件的優化函數，來獲得電網聯合調峰計算基準時刻的新能源電站併網有功功率、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功功率、直流系統輸送功率和可中斷負荷控制值:
[0027]
【權利要求】
1.交直流混合電網聯合實時調峰方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)若當前時刻是電網聯合調峰的考核時刻，則進入步驟2)，否則，不進行電網聯合調峰計算，結束本方法； 2)確定電網聯合調峰計算的基準時刻，進入步驟3)； 3)根據當前時刻直流輸電系統在電壓不變的條件下的功率與可持續運行時間的曲線，得到直流輸電系統與設定的持續運行時間要求相對應的正向輸電方式下的過載安全極限功率和反向輸電方式下的過載安全極限功率，根據當前時刻交流輸電設備在電壓和功率因數不變的條件下的有功功率與可持續運行時間的曲線，得到交流輸電設備與設定的持續運行時間要求相對應的過載安全有功功率極限值，進入步驟4)； 4)針對處於電網聯合調峰計算基準時刻的電網，建立綜合考慮新能源電站綜合評價指標及其併網有功功率限制量、可中斷負荷限制量、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的經濟性和環保性綜合評價因子及其相對於電網當前時刻的有功功率調整量、網損的目標函數， 並將除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的有功功率調節速率的要求、直流輸電系統功率應不大於其過載安全極限功率的要求、交直流混合電網中各個同步電網的穩態頻率和有功備用安全運行的要求、各個安全穩定輸電通道的有功功率應不大於其在線極限功率估算值的要求、各個交流輸電設備的有功功率應不大於其過載安全有功功率極限值的要求，作為搜索電網聯合調峰計算基準時刻的新能源電站併網有功功率控制值、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功出力控制值、直流輸電系統功率和可中斷負荷控制值的約束條件，並計及超短期母線負荷預測、超短期新能源電站併網有功功率預測和除新能源電站之外的其它按發電計劃發電的機組的有功出力實時計劃，採用線性規劃方法進行求解，若能夠搜索到最優解，則進入步驟5)，否則，結束本方法; 所述安全穩定輸電通道的在線極限功率估算值，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間沒有設備投退計劃時，取值為最新的在線安全穩定分析結果中相應的安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積，當最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間有設備投退計劃時，取值為基於最新的在線安全穩定分析結果所對應的電網運行狀態、按該設備投退計劃修改後的電網運行狀態下安全穩定輸電通道的在線極限功率與設定的估算係數的乘積； 5)針對步驟4)搜索到的每個最優解，分別基於電網當前時刻的運行狀態，採用最優解中新能源電站併網有功功率控制值、除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組有功出力控制值、直流輸電系統功率控制值和可中斷負荷控制值、電網聯合調峰計算基準時刻的超短期母線負荷預測值、按發電計劃發電的機組有功出力實時計劃值和在當前時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間的設備投退計劃，來替代電網當前時刻運行狀態中相應的量，並在此基礎上，進行潮流計算，若潮流收斂，則認為得到與該最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態，否則，認為該最優解不可行，得不到與該最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態； 若潮流收斂的最優解只有I個，則將其作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6);若潮流收斂的最優解有多個，且根據可中斷負荷限制量之和最小原則搜索到的最優解只有I個，則將其作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6);若潮流收斂的最優解有多個，且根據可中斷負荷限制量之和最小原則搜索到的最優解有多個，則從中選出I個除新能源電站之外的其它不按發電計劃發電的機組的有功出力變化量的絕對值之和最小的最優解，作為安全穩定校核的最優解，進入步驟6);若沒有潮流收斂的最優解，則結束本方法； 6)若根據步驟5)中確定的作為安全穩定校核的最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態中的某個安全穩定輸電通道的有功功率與其在線極限功率估算值的比值小於設定的參數，則從安全穩定校核故障集中剔除與該安全穩定輸電通道所關聯且與其它安全穩定輸電通道不關聯的考核故障； 若篩選後的安全穩定考核故障集是空集，則將該最優解作為電網聯合調峰的控制策略，結束本方法；否則針對步驟5)中確定的作為安全穩定校核的最優解相對應的電網聯合調峰計算基準時刻的運行狀態和篩選後的安全穩定考核故障集，進行安全穩定校核； 若該運行狀態是安全穩定的，則將該最優解作為電網聯合調峰的控制策略，結束本方法；若該運行狀態是不安全穩定的，且當前時刻還在電網聯合調峰計算基準時刻之前、電網聯合調峰計算基準時刻與當前時刻之差大於設定時限，則對於電網聯合調峰計算基準時刻的安全穩定輸電通道的校核故障失去安全穩定的情況，將相應的安全穩定輸電通道的在線極限功率的估算係數用其與小於I的設定值的乘積來替代，返回步驟4);若該運行狀態是不安全穩定的，且當前時刻在電網聯合調峰計算基準時刻之前、電網聯合調峰計算基準時刻與當前時刻之差不大於設定時限或當前時刻已在電網聯合調峰計算基準時刻之後，則結束本方法。
2.根據權利要求1所述的交直流混合電網聯合實時調峰方法，其特徵在於，在步驟2)中通過公式(I)來確定電網聯合調峰計算的基準時刻:
tc=t0+a(t1-t0) (I) 其中，t0為當前時刻，h為·緊隨當前時刻之後的電網聯合調峰考核時刻，a為設定的參數，0〈a〈l，t。為電網聯合調峰計算的基準時刻。
3.根據權利要求1所述的交直流混合電網聯合實時調峰方法，其特徵在於，在步驟4)中採用公式(2)來表示目標函數:F = mm{Xa7(Fprenew1-++ 4^^ ~ Pc,mJ + /=1J=IHjm=lIJMLcIX) + Σ ^gCJ13CMgcJ ) + Σ (Ppre.sld.m — Pe.Sld.m )1 + dc.lPk.l |}i /=1j=\m=l/=I(2) 其中，I為在電網聯合調峰計算基準時刻電網中投入運行的新能源電站的數目，PPM._.1和Pfi分別為在電網聯合調峰計算基準時刻第i個新能源電站的超短期併網有功功率預測值和併網有功功率控制值，%為第i個新能源電站的綜合評價指標、用於反映新能源電站的超短期併網有功功率預測精度和調節性能以及上網電價，該值大於0，新能源電站的預測精度和調節性能越好、上網電價越低，該綜合評價指標越大； J為在電網聯合調峰計算基準時刻電網中投入運行的除新能源電站之外的不按發電計劃發電的機組的數目，Paagq和P。.agq分別為除新能源電站之外的第j臺不按發電計劃發電的機組在當前時刻的有功出力和在電網聯合調峰計算基準時刻的有功出力控制值，β j為反映除新能源電站之外的不按發電計劃發電的第j臺機組的綜合評價因子、用於反映除新能源電站之外的不按發電計劃發電的機組的經濟性、環保性和上網電價，該值大於O，除新能源電站之外的不按發電計劃發電的機組的經濟性和環保性越好、上網電價越低，該綜合評價因子越大；b為設定的參數，大於O，反映在聯合調峰控制中對新能源電站和其它不按發電計劃發電的機組的重視程度； M為在電網聯合調峰計算基準時刻電網中可中斷負荷母線的數目，Ppm.31「和Pulim*別為第m個可中斷負荷母線在電網聯合調峰計算基準時刻的超短期負荷有功預測值和負荷有功控制值，X為設定的參數，大於O，反映在聯合調峰控制中對新能源電站和可中斷負荷的重視程度； L為在電網聯合調峰計算基準時刻電網中投入運行的直流輸電系統的數目，YnOT.1、Y agc.j > Yslim和Yl1分別為基於當前時刻的電網運行狀態下只考慮在當前時刻與電網聯合調峰計算基準時刻之間的設備投退計劃後得到的電網預想運行狀態、採用直流潮流方程計算得到的第i個新能源電站併網有功功率的網損因子、除新能源電站之外的不按發電計劃發電的第j臺機組有功出力的網損因子、第m個可中斷負荷有功的網損因子和第I個直流輸電系統包括其自身損耗在內的網損因子，Pdc.!為在電網聯合調峰計算基準時刻第I個直流輸電系統的功率控制值，c為設定的參數，大於O，反映在聯合調峰控制中對新能源電站和電網網損的重視程度。
4.根據權利要求1所述的交直流混合電網聯合實時調峰方法，其特徵在於，在步驟4)中採用公式(3)-公式(10)來構成約束條件:
【文檔編號】H02J4/00GK103715721SQ201310328424
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】徐泰山, 常青, 許濤, 汪寧渤, 劉強, 馬明, 段慧, 王昊昊 申請人:南京南瑞集團公司, 國家電網公司, 甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風電技術中心