CN102545268B - 一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电受限态下的大电网有功实时控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。首先根据风电场实时采集到的风速数据及发电机的相关参数采用标杆发电机法或理论估算法获得风电场当前的受限量，然后根据最小弃风的原则建立系统有功实时控制的模型，采用提出的求解算法对模型优化求解，获得当前系统最大可消纳风电量及其他水火电机组的最优调整策略，并采用差值法对获得的调整策略插值，以与现有的ACE指令格式相兼容。本发明的优点是通过在实时计划及AGC控制之间增加以弃风损失最小为目标的实时控制环节，通过实时计算获得的风电场弃风量对风电和传统机组实施联合优化调度，最大可能的减小由于风力发电预测偏差造成的弃风电量，在保证电网运行经济性的同时，最大限度提高电网对风电的接纳能力。

Description

一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法

技术领域

本发明涉及一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

大规模风力发电区别于传统发电方式的特点在于前者具有强随机性，多时间尺度协调的有功调度模式可以有效提高大电网消纳风电的能力。这种调度模式将控制分解为4个阶段：日前计划、滚动计划、实时调度计划和AGC。各个环节之间通过“前瞻后顾”的协调优化，逐级消除风力发电预测偏差及负荷预测偏差，达到消纳大规模风电的目的。风电预测是实现多时间尺度协调调度的基础，但风电预测的精度难以保证，目前国外风电场的日前预测误差一般在25％～40％，有时可能更大，影响了实际效果。

由于风速随机性及风机惯性等因素的影响，风电场实际发电能力呈现出高频波动的特性。图1为某风电场在2011年9月26日的实际有功功率曲线和以15分钟为一点的基于未来15分钟到4小时的数值天气预测结果拟合出的滚动风电预测曲线。从图1中可以看出，由于风电有功功率在15分钟周期内存在剧烈的波动，风电预测存在较大误差。由于风电预测结果在较多时段内低于风电场有功功率的实际最大值，如果将风电预测结果作为风电场的有功功率计划执行，那么风电场的有功功率将会低于风电场有功功率的实际最大值，称此时的风电场处于风电受限状态。风电受限状态导致数量可观的弃风损失。如果能够实时快速地计算出在受限状态下的风电场的有功功率受限量以及大电网在保证安全前提下可接纳的最大有功功率，则可以通过火力发电机以及风力发电机有功功率的优化调整，使得风电利用率达到最大，以弥补风电预测不准确的缺点。

发明内容

本发明的目的是为解决大规模风电场集中接入大电网后的有功调度控制难题，提出一种风电受限态下的大电网有功实时控制方法，据此，本发明提出在多时间尺度协调的有功调度模式中新增一阶更短时间尺度的控制环节，该环节在风电场处于风电受限状态时启动以减少弃风，本文称该环节为受限状态下的实时控制，后面简称实时控制。

一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)计算每个风电场在当前时刻t发出的最大有功功率，计算方法为：

将风电场按地理位置分为多个控制区，在每个控制区中设置一台或多台标杆风力发电机，标杆风力发电机处于非受限状态，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{c=1}{\overset{N_{\mathrm{ci}}}{\mathrm{\Σ}}}{n}_c{P}_{c,\mathrm{leader}}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，Reg为控制区的数量，N_ci为第i个控制区内风力发电机的数量，n_c为第c个控制区内所有风力发电机的数量，P_c，leader为第c个控制区内标杆风力发电机的有功功率；

或：将风电场按地理位置分为多个控制区，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{P}_{i,j}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，P_i，j(t)＝ω₁T_e(R′₂，s)为在第i个控制区的第j台风力发电机的理论最大有功功率，T_e为第j台风力发电机电磁转矩，ω₁为第j台风力发电机定子角频率，s为第j台风力发电机转差率，R′₂为第j台风力发电机折算到定子侧的转子电阻；

(2)计算每个风电场在当前时刻t的有功功率受限量

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P_i^w}=P_{i,\max }\left(t\right)-P_i\left(t\right)$

上式中，P_i(t)是第i个风电场在当前时刻t的实际有功功率；

(3)建立在风电受限状态下的大电网实时控制模型如下：

$\underset{\mathrm{\Δ}{P}_i^i,i\∈N_G^{\mathrm{win}}}{\underset{{\mathrm{\ΔP}}_k,k\∈N_G^{\mathrm{rt}}}{\min }}-\underset{k\∈N_G^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\Σ}}{r}_k\mathrm{\Δ}{P}_k+\underset{i\∈N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\Σ}}{w}_i(\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P_i^w}-\mathrm{\Δ}{P}_i^w)$

$s.t.\underset{k\∈{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{P}_k+\underset{i\∈N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{P}_i^w=0$

${\underset{\‾}{T}}_l-T_l\≤\underset{k\∈{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{kl}}\mathrm{\Δ}{P}_k+\underset{i\∈N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{il}}\mathrm{\Δ}{P}_i^w\≤{\stackrel{\‾}{T}}_l-T_l,l\∈M_{\mathrm{int}}$

$\mathrm{\Δ}{\underset{\‾}{P}}_k\≤\mathrm{\Δ}{P}_k\≤0,k\∈{N_G}^{\mathrm{rt}}$

$0\≤\mathrm{\Δ}{P}_i^w\≤\mathrm{\Δ}{\stackrel{\‾}{P}}_i^w,i\∈N_G^{\mathrm{wind}}$

上式中，r_k为大电网中第k台火力发电机在当前时刻t的单位发电调整成本，w_i为第i个风电场的单位弃风成本，ΔP_k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调节量，

为大电网中实时控制火力发电机的编号集合，

为风电场的编号集合，

为第i个风电场的有功功率调节量，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，

为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，M_int为安全传输断面的编号集合，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，ΔP _k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调整量下限，为第j个风电场在当前时刻t的有功功率受限量；

上述第k台火力发电机的有功功率调整量下限为：

ΔP _k＝min(P_k，nin-P_k，ΔP_kdn)

上式中，P_k，min为第k台火力发电机的有功功率下限，P_k为第k台火力发电机的有功功率，ΔP_kdn为第k台火力发电机在一分钟内的有功功率向下调节量的最大值；

(4)求解在风电受限状态下的大电网实时控制模型，具体过程如下：

(4-1)大电网控制中心从风电场实时获取风电场中每台风力发电机组的受限状态及其有功功率，得到每个风电场的有功功率受限量

设定一个受限量阈值ε，若则计算大电网中每台实时控制火力发电机的有功功率下调量ΔP _k，并进行步骤(4-2)；若则大电网控制中心将每个风电场在下一时刻的最大有功功率预测值作为有功功率计划，下发给每个风电场；

(4-2)大电网控制中心计算大电网中所有实时控制火力发电机的负荷平衡灵敏度矩阵：

$S^{*}=S+\frac{\mathrm{S\Δ}{\mathrm{Be}}^T}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{B}_k}$

上式中，S为原始灵敏度矩阵，ΔB为由节点负荷变化量组成的列矢量，e为全部元素为1的列矢量。

(4-3)大电网控制中心将大电网每台火力发电机的煤耗系数按照从小到大的顺序依次排列，形成火力发电机组煤耗系数排序表；

(4-4)将第一台火力发电机的编号记为k，将该火力发电机与第一个风电场组成一个调节对，并将第一个风电场的编号记为i，第k台火力发电机的有功功率调节量为

其中

为保证每个安全传输断面的传输功率不越限的火力发电机组的有功功率最大向下调节量，由下式计算得到：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P_{\mathrm{tie}}}=\underset{l\∈M_{\mathrm{int}}}{\max }\left\{\frac{\min \{T_l-{\stackrel{\‾}{T}}_l,{\underset{\‾}{T}}_l-T_l\}}{|S_{\mathrm{kl}}-S_{\mathrm{il}}|}\right\}$

上式中，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，

为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度。

(4-5)将第k台火力发电机组与第i+1个风电场组成一个新的调节对，按照步骤(4-4)进行计算，得到第k台火力发电机的一个新的有功功率调节量，依次类推，计算得到第k台火力发电机的有功功率调节量的累计值，当第k台火力发电机组的有功功率调节量累计达到第k台火力发电机的下调容量值ΔP _k时，选择发电机组煤耗系数排序表中的下一台即第k+1台火力发电机组，并将该台火力发电机组与第i个风电场组成一个新的调节对，重复步骤(4-5)进行调节；

(4-6)遍历所有处于风电受限状态的风电场或所有实时控制火力发电机组之后，大电网控制中心向火力发电厂下发所有实时控制火力发电机的有功功率向下调节量，并向每个风电场下发风电场有功功率的向上调节量，得到每个风电场的有功功率。

本发明提出的在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法，其优点是：

本发明针对由于风电的随机性和预测困难，提出在风电的实时计划与AGC控制之间增加以一分钟为周期的实时控制环节，以弃风损失最小为优化目标，建立有功实时控制模型，对风力发电和火力发电机实施联合优化控制，弥补了风电预测不准确的缺点，较大地降低电网的运行风险，最大限度地提高了电网对风电的消纳能力，提高电力系统运行的安全性和经济型。

附图说明

图1是某风电场的有功功率实际值和风电预测曲线

图2是本发明方法中调度中心与发电厂之间的数据交互模式。

图3是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法，其流程框图如图3所示，调度中心与发电厂之间的数据交互模式如图2所示。本方法包括以下步骤：

(1)计算风电场的最大有功功率

准确获取风电场的有功功率受限量是实现大电网有功功率实时控制方法的关键。在计算风电场有功功率受限量之前，先要计算每个风电场的最大有功功率。风电场的最大有功功率的计算有两种方法，第一种方法是：将风电场按地理位置分为多个控制区，在每个控制区中设置一台或多台标杆风力发电机，标杆风力发电机处于非受限状态，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{c=1}{\overset{N_{\mathrm{ci}}}{\mathrm{\Σ}}}{n}_c{P}_{c,\mathrm{leader}}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，Reg为控制区的数量，N_ci为第i个控制区内风力发电机的数量，n_c为第c个控制区内所有风力发电机的数量，P_c，leader为第c个控制区内标杆风力发电机的有功功率；

计算风电场有功功率受限量的第二种方法是，根据实测风速等因素对风电场中每台风力发电机的最大有功功率进行理论估算，从而得到风电场的有功功率受限量。该方法的基本原理如下：

风力发电机组一般可以采用定桨距控制方式和变桨距控制方式。定桨距风机是通过改变翼型迎角变化，使翼型升力变化来进行调节，使得在高风速时其出力保持在额定功率附近。变桨距调节主要用于额定功率点以上的风速控制，与定桨距风力发电机组相比，具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。为了有效控制高速变化的风速引起的功率波动，近年来设计的变桨距风力发电机组均采用了转子电流控制技术，通过调节转子各相电阻来调节发电机转子电流来控制发电机的转差率，从而改变风轮转速，吸收由于瞬变风速引起功率波动。风力发电机的电磁转矩为：

$T_e=\frac{m_{1}p{U}_1^2\frac{R_2^{\′}}{s}}{{\mathrm{\ω}}_1[{(R_1+\frac{R_2^{\′}}{s})}^2+{(X_1+X_2^{\′})}^2]}$

上式中，T_e为风力发电机的电磁转矩，p为风力发电机的极对数，m₁为风力发电机的定子相数，ω₁为风力发电机的定子角频率即电网角频率，U₁为风力发电机的定子额定相电压，s为风力发电机的转差率，R₁为风力发电机的定子绕组电阻，R′₂为风力发电机折算到定子侧的转子电阻，X₁为风力发电机的定子绕组的漏抗，X′₂为风力发电机折算到定子侧的转子漏抗。

由上式可知，在电网正常运行的情况下，只要保持

不变，电磁转矩T_e就可保持不变，那么风力发电机的有功功率就可以保持不变，这就是转子电流控制的基本原理。电磁转矩T_e对

求导：

$\frac{\∂T_e}{\∂\left(\frac{R_2^{\′}}{s}\right)}=\frac{m_{1}p{U}_1^2{\mathrm{\ω}}_1[{(R_1+\frac{R_2^{\′}}{s})}^2+{(X_1+X_2^{\′})}^2]}{{\mathrm{\ω}}_1^2{[{(R_1+\frac{R_2^{\′}}{s})}^2+{(X_1+X_2^{\′})}^2]}^2}-\frac{2m_{1}p{U}_1^2{\mathrm{\ω}}_1\frac{R_2^{\′}}{s}(R_1+\frac{R_2^{\′}}{s})}{{\mathrm{\ω}}_1^2{[{(R_1+\frac{R_2^{\′}}{s})}^2+{(X_1+X_2^{\′})}^2]}^2}$

由该式可知，使电磁转矩T_e达到极大值的R′₂的取值如下：

$R_2^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{cc}{R}_{2,\max }^{\&prime;}& ,s\&GreaterEqual;\frac{R_{2,\max }^{\&prime;}}{\sqrt{R_1^2+{(X_1+X_2^{\&prime;})}^2}}\\ s\sqrt{R_1^2+{(X_1+X_2^{\&prime;})}^2}& ,\frac{R_{2,\min }^{\&prime;}}{\sqrt{R_1^2+{(X_1+X_2^{\&prime;})}^2}}<s<\frac{R_{2,\max }^{\&prime;}}{\sqrt{R_1^2+{(X_1+X_2^{\&prime;})}^2}}\\ R_{2,\min }^{\&prime;}& ,s\&le;\frac{R_{2,\min }^{\&prime;}}{\sqrt{R_1^2+{(X_1+X_2^{\&prime;})}^2}}\end{array}\right.$

其中R′_2，max、R′_2，min分别代表转子可调电阻的最大值和最小值。这样，根据风力发电机在t时刻的转差率s可以求得R′₂，将对应的R′₂代入就可得到风力发电机的理论最大有功功率P_i，j(t)＝ωT_e(R′₂，s)。

将风电场按地理位置分为多个控制区，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{i,j}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，P_i，j(t)＝ω₁T_e(R′₂，s)为在第i个控制区的第j台风力发电机的理论最大有功功率，T_e为第j台风力发电机电磁转矩，ω₁为第j台风力发电机定子角频率，s为第j台风力发电机转差率，R′₂为第j台风力发电机折算到定子侧的转子电阻；

(2)计算风电场的有功功率受限量

在得到每个风电场在当前时刻t的最大有功功率后，计算每个风电场在当前时刻t的有功功率受限量

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_i^w}=P_{i,\max }\left(t\right)-P_i\left(t\right)$

上式中，P_i(t)是第i个风电场在当前时刻t的实际有功功率；

(3)建立在风电受限状态下的大电网实时控制模型

在风电受限状态下的大电网实时控制的主要目的是，在保证电网安全的前提下最大限度地消纳风电。因此，处于实时控制模式下的火力发电机只能减少有功功率，风力发电机增加有功功率，并且火力发电机的有功功率调总量与风力发电机的有功功率调整总量应始终相等。因此，建立在风电受限状态下的大电网实时控制模型如下：

$\underset{\mathrm{\&Delta;}{P}_i^i,i\&Element;N_G^{\mathrm{win}}}{\underset{{\mathrm{\&Delta;P}}_k,k\&Element;N_G^{\mathrm{rt}}}{\min }}-\underset{k\&Element;N_G^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_k\mathrm{\&Delta;}{P}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{w}_i(\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_i^w}-\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w)$

$s.t.\underset{k\&Element;{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{P}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w=0$

${\underset{\&OverBar;}{T}}_l-T_l\&le;\underset{k\&Element;{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{kl}}\mathrm{\&Delta;}{P}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{il}}\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_l-T_l,l\&Element;M_{\mathrm{int}}$

$\mathrm{\&Delta;}{\underset{\&OverBar;}{P}}_k\&le;\mathrm{\&Delta;}{P}_k\&le;0,k\&Element;{N_G}^{\mathrm{rt}}$

$0\&le;\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w\&le;\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_i^w,i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}$

上式中，r_k为大电网中第k台火力发电机在当前时刻t的单位发电调整成本，w_i为第i个风电场的单位弃风成本，ΔP_k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调节量，

为大电网中实时控制火力发电机的编号集合，

为风电场的编号集合，

为第i个风电场的有功功率调节量，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，

为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，M_int为安全传输断面的编号集合，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，ΔP _k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调整量下限，

为第j个风电场在当前时刻t的有功功率受限量；

上述第k台火力发电机的有功功率调整量下限为：

ΔP _k＝min(P_k，min-P_k，ΔP_kdn)

上式中，P_k，min为第k台火力发电机的有功功率下限，P_k为第k台火力发电机的有功功率，ΔP_kdn为第k台火力发电机在一分钟内的有功功率向下调节量的最大值；

在实际的电力系统运行中，火力发电机的有功功率调节受爬坡速率的限制，即火力发电机在单位时间内有功功率的最大调整量。在一分钟内，火力发电机的有功功率的最大调整量一般约等于火力发电机总容量的1％。如果由火力发电机来承担大电网实时控制的任务，必然会出现火力发电机的有功功率调整速率小于风力发电机的有功功率调整速率的情况。因此，采用具有AGC调节能力的火力发电机组作为实时控制机组，将其置为跟踪计划模式，使其不再接受ACE调节指令，而变为接收实时控制指令。实时控制指令按分钟给出，这种控制指令与现有的ACE指令格式的时间间隔不相容，因此采用插值的方法将其分解为以5s为间隔的ACE指令下发。

(4)求解在风电受限状态下的大电网实时控制模型

从理论上来说，在风电受限状态下的大电网实时控制模型可以采用线性规划算法求解。但在实际的应用中，为了保证大电网实时控制方案的可靠性以及可解释性，本方法采用了启发式算法如下：

(4-1)大电网控制中心从风电场实时获取风电场中每台风力发电机组的受限状态及其有功功率，得到每个风电场的有功功率受限量

设定一个受限量阈值ε，若

则计算大电网中每台实时控制火力发电机的有功功率下调量ΔP _k，并进行步骤(4-2)；若

则大电网控制中心将每个风电场在下一时刻的最大有功功率预测值作为有功功率计划，下发给每个风电场；

(4-2)大电网控制中心计算大电网中所有实时控制火力发电机的负荷平衡灵敏度矩阵：

$S^{*}=S+\frac{\mathrm{S\&Delta;}{\mathrm{Be}}^T}{\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{B}_k}$

上式中，S为原始灵敏度矩阵，ΔB为由节点负荷变化量组成的列矢量，e为全部元素为1的列矢量。

(4-3)大电网控制中心将大电网每台火力发电机的煤耗系数按照从小到大的顺序依次排列，形成火力发电机组煤耗系数排序表；

(4-4)将第一台火力发电机的编号记为k，将该火力发电机与第一个风电场组成一个调节对，并将第一个风电场的编号记为i，第k台火力发电机的有功功率调节量为

其中为保证每个安全传输断面的传输功率不越限的火力发电机组的有功功率最大向下调节量，由下式计算得到：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{tie}}}=\underset{l\&Element;M_{\mathrm{int}}}{\max }\left\{\frac{\min \{T_l-{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_l,{\underset{\&OverBar;}{T}}_l-T_l\}}{|S_{\mathrm{kl}}-S_{\mathrm{il}}|}\right\}$

上式中，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，

为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度。

(4-5)将第k台火力发电机组与第i+1个风电场组成一个新的调节对，按照步骤(4-4)进行计算，得到第k台火力发电机的一个新的有功功率调节量，依次类推，计算得到第k台火力发电机的有功功率调节量的累计值，当第k台火力发电机组的有功功率调节量累计达到第k台火力发电机的下调容量值ΔP _k时，选择发电机组煤耗系数排序表中的下一台即第k+1台火力发电机组，并将该台火力发电机组与第i个风电场组成一个新的调节对，重复步骤(4-5)进行调节；

(4-6)遍历所有处于风电受限状态的风电场或所有实时控制火力发电机组之后，大电网控制中心向火力发电厂下发所有实时控制火力发电机的有功功率向下调节量，并向每个风电场下发风电场有功功率的向上调节量，得到每个风电场的有功功率。

Claims (1)

1.一种在风电受限状态下的大电网有功功率实时控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）计算每个风电场在当前时刻t发出的最大有功功率，计算方法为：

将风电场按地理位置分为多个控制区，在每个控制区中设置一台或多台标杆风力发电机，标杆风力发电机处于非受限状态，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{c=1}{\overset{N_{\mathrm{ci}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_c{P}_{c,\mathrm{leader}}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，Reg为控制区的数量，N_ci为第i个控制区内风力发电机的数量，n_c为第c个控制区内所有风力发电机的数量，P_c,leader为第c个控制区内标杆风力发电机的有功功率；

或：将风电场按地理位置分为多个控制区，第i个风电场在当前时刻t的最大有功功率为：

$P_{i,\max }\left(t\right)=\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{i,j}\left(t\right),i=\mathrm{1,2},...,\mathrm{Reg}$

上式中，P_i,j(t)＝ω₁T_e(R'₂,s)为在第i个控制区的第j台风力发电机的理论最大有功功率，T_e为第j台风力发电机电磁转矩，ω₁为第j台风力发电机定子角频率，s为第j台风力发电机转差率，R'₂为第j台风力发电机折算到定子侧的转子电阻；

（2）计算每个风电场在当前时刻t的有功功率受限量

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_i^w}=P_{i,\max }\left(t\right)-P_i\left(t\right)$

上式中，P_i(t)是第i个风电场在当前时刻t的实际有功功率；

（3）建立在风电受限状态下的大电网实时控制模型如下：

$\underset{\underset{\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w,i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{{\mathrm{\&Delta;P}}_k,k\&Element;N_G^{\mathrm{rt}}}}{\min }\{-\underset{k\&Element;N_G^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{r}_k{\mathrm{\&Delta;P}}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{w}_i(\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_i^w}-{\mathrm{\&Delta;P}}_i^w)\}$

$s.t.\underset{k\&Element;{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;P}}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w=0$

${\underset{\&OverBar;}{T}}_l-T_l\&le;\underset{k\&Element;{N_G}^{\mathrm{rt}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{kl}}{\mathrm{\&Delta;P}}_k+\underset{i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_{\mathrm{il}}\mathrm{\&Delta;}{P}_i^w\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_l-T_l,l\&Element;M_{\mathrm{int}}$

        ΔP _k≤ΔP_k≤0，k∈N_G ^rt

$0\&le;{\mathrm{\&Delta;P}}_i^w\&le;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_i^w},i\&Element;N_G^{\mathrm{wind}}$

上式中，r_k为大电网中第k台火力发电机在当前时刻t的单位发电调整成本，w_i为第i个风电场的单位弃风成本，ΔP_k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调节量，

为大电网中实时控制火力发电机的编号集合，为风电场的编号集合，

为第i个风电场的有功功率调节量，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，M_int为安全传输断面的编号集合，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，ΔP _k为大电网中第k台火力发电机的有功功率调整量下限，

为第j个风电场在当前时刻t的有功功率受限量；

上述第k台火力发电机的有功功率调整量下限为：

ΔP _k＝min(P_k,min-P_k,ΔP_kdn)

上式中，P_k,min为第k台火力发电机的有功功率下限，P_k为第k台火力发电机的有功功率，ΔP_kdn为第k台火力发电机在一分钟内的有功功率向下调节量的最大值；

（4）求解在风电受限状态下的大电网实时控制模型，具体过程如下：

（4-1）大电网控制中心从风电场实时获取风电场中每台风力发电机组的受限状态及其有功功率，得到每个风电场的有功功率受限量设定一个受限量阈值ε，若

则计算大电网中每台实时控制火力发电机的有功功率下调量ΔP _k，并进行步骤（4-2）；若

则大电网控制中心将每个风电场在下一时刻的最大有功功率预测值作为有功功率计划，下发给每个风电场；

（4-2）大电网控制中心计算大电网中所有实时控制火力发电机的负荷平衡灵敏度矩阵：

$S^{*}=S+\frac{{\mathrm{S\&Delta;Be}}^T}{\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;B}}_k}$

上式中，S为原始灵敏度矩阵，ΔB为由节点负荷变化量组成的列矢量，ΔB_k为ΔB中的第k个元素，e为全部元素为1的列矢量；

（4-3）大电网控制中心将大电网每台火力发电机的煤耗系数按照从小到大的顺序依次排列，形成火力发电机组煤耗系数排序表；

（4-4）将第一台火力发电机的编号记为k，将该火力发电机与第一个风电场组成一个调节对，并将第一个风电场的编号记为i，第k台火力发电机的有功功率调节量为

其中

为保证每个安全传输断面的传输功率不越限的火力发电机组的有功功率最大向下调节量，由下式计算得到：

$\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{tie}}}=\underset{l\&Element;M_{\mathrm{int}}}{\max }\left\{\frac{\min \{T_l-{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_l,{\underset{\&OverBar;}{T}}_l-T_l\}}{|S_{\mathrm{kl}}-S_{\mathrm{il}}|}\right\}$

上式中，T_l为第l个安全传输断面的当前时刻t的有功功率，为第l个安全传输断面的有功功率上限值，T _l为第l个大电网中运行人员设定传输线路的集合即安全传输断面的有功功率下限值，S_kl为大电网中第k台火力发电机对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度，S_il为大电网中第i个风电场对第l个安全传输断面的负荷平衡灵敏度；

（4-5）将第k台火力发电机组与第i+1个风电场组成一个新的调节对，按照步骤(4-4)进行计算，得到第k台火力发电机的一个新的有功功率调节量，依次类推，计算得到第k台火力发电机的有功功率调节量的累计值，当第k台火力发电机组的有功功率调节量累计达到第k台火力发电机的下调容量值ΔP _k时，选择发电机组煤耗系数排序表中的下一台即第k+1台火力发电机组，并将第k+1台火力发电机组与第i个风电场组成一个新的调节对，重复步骤(4-5)进行调节；

（4-6）遍历所有处于风电受限状态的风电场或所有实时控制火力发电机组之后，大电网控制中心向火力发电厂下发所有实时控制火力发电机的有功功率向下调节量，并向每个风电场下发风电场有功功率的向上调节量，得到每个风电场的有功功率。

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