CN102611130B

CN102611130B - 一种基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法

Info

Publication number: CN102611130B
Application number: CN201110123367.9A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 卫志农; 韦延方; 刘玉娟
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: CN102611130A

Abstract

本发明公开了一种基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法，属于电力系统控制领域。本方法利用风电场参数构成初始矩阵，按照优先级权重的高低优化初始矩阵，并对各个风电场逐个进行控制，风电并网控制主站依据优先风电上网的原则发出控制命令调节超导储能装置的有功功率输出；利用多目标辅助判断条件判断是否重新设置风电场在矩阵中的位置并优化控制顺序。本发明还公开了一种基于超导储能装置的广域动态风电并网调节系统。本发明能够解决未来智能电网发展中可再生能源并网对电网的冲击和影响，基于矩阵控制技术和多目标辅助判断条件合理调整风电并网功率，做到真正削峰填谷，提高电网的安全稳定水平。

Description

一种基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法，属于电力系统控制领域。

背景技术

智能电网是为实现电力系统安全稳定、优质可靠、经济环保要求提出的未来电网发展方向，是实施可持续供电战略的重要保障，智能电网具有数字化、自动化、互动化、信息化、能自愈等特点。与传统的电网比较，智能电网具有更强大的兼容性，便于风电等分布式能源的并网发电。

风能、太阳能、生物质能等可再生能源受自然条件的影响，具有间歇性、随机性、不平滑性。使得它们的导入会加重电力系统的功率波动，影响系统的稳定运行。目前国内的风电呈爆发式发展，千万千瓦级风电基地不断建成，风电并网至今仍是世界性难题。推动可再生能源的优化配置是发展智能电网的主要目的之一，未来智能电网既要适应大型电源的集中接入，还要适应各类可再生能源的分散式接入。

可再生能源是一种波动性、间歇性能源，大规模并网会对电力系统的规划和稳定运行造成影响。在可再生能源容量较高的系统中，可能会产生电能质量问题，如电压波动和闪变、频率偏差、谐波等。

可再生能源与智能电网的协调发展离不开储能环节的支持，储能技术是目前构建智能电网的重要环节之一，大规模储能技术可以有效实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以提高电力设备的运行效率，降低供电成本，还能促进可再生能源的应用，提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动等。

储能技术的关键不是简单的储存电能，其核心在于何时储能，何处储能，以何种速度释放等，以及收集和释放电能两种状态的替换频率。各种储能技术在能量、功率密度方面存在差异，其对应的应用领域也有较大区别。对于基于智能电网储能技术的应用基本可以划分为化学储能、机械储能、电磁储能等。

现有的风电并网调节系统：在电力系统大容量能量交换时，电源引起电压波动并伴随闪变，并网运行的可靠性和稳定性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供一种基于超导储能装置的广域动态风电并网调节系统，充分利用超导储能设备的特点和性质，解决了目前大规模分布式能源并网对电网造成的冲击和影响。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法，包括如下步骤：

步骤A：获取电力系统中的风电场参数；

步骤B：根据风电场参数，形成N*N阶风电场初始位置矩阵；

步骤C：优化N*N阶风电场初始位置矩阵：按照此时上网风电机组的发电容量、发电成本、维护成本、上网电价以及此时的风速对上网风机进行优先级的排列，优先级权重最高的排列在N*N阶矩阵的第一行第一列并优先受控，优先级次高的排在第一行第二列，其次受控，以此类推，直到满足控制量要求或者所有风电场均已受控为止；

步骤D：设置迭代次数K=1，

所述迭代次数K为接入到电力系统的所有运行的风电场的个数；

步骤E：风电并网控制主站对位于矩阵中的各个风电场逐个进行控制，并下发命令控制超导储能装置动作，释放有功功率；

步骤F：判断电力系统中所有的超导储能装置是否都动作，

若电力系统中所有的超导储能装置都动作，则进入步骤G,

若电力系统中有超导储能装置没动作，迭代次数K加一后返回步骤E；

步骤G：根据用户是否要求重新设定风电场在矩阵中的位置来判断是否调整风电场在矩阵中的位置，

若需要重新设定风电场在矩阵中的位置，则根据多目标辅助判断条件重新设定风电场在矩阵中的位置，并返回步骤C，

若不需要重新设定风电场在矩阵中的位置，则结束整个控制流程。

进一步的，所述基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法的步骤E中，风电并网控制主站本着优先风电上网的原则调节超导储能装置输出有功功率。

进一步的，所述基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法的步骤E中，风电并网控制主站按照优化矩阵的位置依次控制风电场，先控制第一行第一列，然后第一行第二列，依次类推。

进一步的，所述基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法的步骤G中，多目标辅助判断条件指的是电力系统实时最优潮流、系统总发电成本以及系统网损。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：有效解决未来智能电网发展中可再生能源并网对电网的冲击和影响，合理调整风电并网的功率，做到真正的削峰填谷，提高电网的安全稳定水平。

附图说明

图1为基于超导储能装置的广域动态风电并网调节系统的结构示意图。

图2为风电并网控制主站的结构示意图。

图3为风电并网控制主站模块之间逻辑关系示意图。

图4为基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

图1为基于超导储能装置的广域动态风电并网调节系统的结构示意图。风电机组及其本地后台控制系统与超导磁储能装置并联在一条交流母线上面，超导储能装置通过其控制系统连接于风电并网控制主站，风电并网控制主站和电力系统其他支撑软件，如SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition），EMS（energymanagementsystem）、AGC（AutomaticGenerationControl）、TMR（TeleMeterReading）等通过接口与电力系统综合数据平台保持通讯联系。

本系统中的超导磁储能装置通过变压器与电网相连，其主要由超导磁铁、功率变换装置和控制系统三大部分构成。SMES系统分为充磁模式、防磁模式、维持模式以及交换模式四种工作模式，工作前预先在其超导线圈中存储一定的能量，当其功率高于或者低于电网所要求的功率时，控制器监测到信号并通过触发电路向变流器发出触发脉冲，使其向系统发出功率或者吸收功率。SMES装置具有有功无功综合调节的能力，平滑风电场的有功输出是SMES有功调节的目标，综合考虑风速变化和电网故障两种情况，以及异步风力发电机本身无励磁系统，在输出有功功率的同时要从电网中吸收大量的无功功率的特点，选取ΔU（电压偏差）作为本系统有功功率调节的控制量。

为了保证SMES装置的安全运行，在各个SMES系统中安装有相应的保护设备，如短路保护、超温保护，接地保护，低压保护等。SMES系统上都留有扩容接口，便于本地分布式能源的发展与并网。

SMES装置安装有多个通讯接口，通讯接口直接连接超导储能装置的控制系统，并向其提供SMES当前的各种数据，如电压、电流、有功功率、频率等实时值。储能装置的控制系统将接收到数据传递给风电并网控制主站，由风电并网控制主站根据实时功率缺额对储能装置的监控系统下发控制命令，进而实现对SMES装置的有功功率输出的调节、风电机组实时数据采集、数据的传递以及通讯协议的转化等。

系统中各个风电并网监控系统受控于风电并网主站，根据风电并网控制主站预设的控制方法按照优先级对各个监控系统进行控制，从而“按需”向系统释放并网风电功率。监控系统主要由控制电路、比较电路、反馈电路、差动放大电路组成等组成。

风电并网控制主站结构图如图2所示，包括数据采集模块、数据统计分析模块、数据交换管理模块、历史数据存储模块、顺序控制模块、功率输出调节模块、多维数据分析展示模块、系统监视与报警模块、WEB模块以及系统的备份与恢复模块，各个模块的功能如下：

数据采集模块：实时采集SMES装置及其控制系统的的所有模拟量、状态量以及脉冲量等。模拟量有频率，电压，电流，有功功率，无功功率，稳定，电平和整定值；状态量包括开关，刀闸，事故总信号，主变分接头，保护动作信号和装置状态等。

数据统计分析模块：本模块可对时、谷、峰、平、日、周、旬、月、季、年，典型时、日各时段及用户自定义时段的历史数据进行统计处理，统计的数据包括最大值、最小值、平均值、最大最小时刻不合格时间、波动率等。并对数据进行分类统计和分析，并为曲线、报表、MIS等应用提供数据源。

数据交换管理模块：可以实现风电并网控制主站与各个SMES装置及其控制系统间的数据传递，以及和电力系统综合数据平台之间的数据交换。本模块可以实现跨平台、跨操作系统、不同数据库系统的、不同数据格式要求的数据交换和信息发布。用户可以通过界面方便的对参与交换数据的系统、系统节电、数据单元、通讯方式、数据运行周期等进行定义、增加、删除和重新定义等，采用中间层专有协议，并对外保密，保证系统安全。

历史数据存储模块：保存整系统中需要长期保存的信息，可以用曲线形式和表格形式表达，并可在系统任一工作站上查看。历史数据库存储有缓存机制，保障当历史数据库服务器短时退出运行后，可从实时交易服务器自动恢复暂时丢失的历史数据。对于上述历史数据，能提供各种检索和查询功能。历史数据类型包括快照数据、报警信息、系统运行和操作记录（保存6年以上）、风电预测模块提供的预报数据、风电机组的各种年数据、月数据、日、旬、月历史数据（小时值）、10分钟一点的历史数据曲线等。

顺序控制模块：根据风电并网控制主站预先设定的控制方法，按照优先级顺序对超导储能装置的控制系统进行启动、关闭的操作，以及对其各种控制模式和运行方式的切换等。

多维数据分析与展示模块：该模块能提供风电并网控制住站所有信息的查询，修改，报表打印的功能。其中包括相关查询，快速查询，报表生成器等特殊功能。

系统监视与报警模块：该模块能提供对风电并网主站中数据的监视与报警，支持告警特性及多种信息组合的综合信息定义（例如：告警特性参数，报警时延，报警时间，通知人员等）。支持多种报警方式（例如：日志记录，变色、语音报警和电话报警，发Email，发手机短信报警等），并且告警能指出故障原因、故障组件及其承担的责任。

WEB模块：为了方便各级用户浏览和查询数据，本模块采用三层结构B/S（浏览器/服务器）的设计思路，用户可以根据自己的权限在网上查询相应数据。

系统的备份与恢复模块：系统具有有效可靠的系统的备份和恢复手段（包括灾难系统恢复），系统备份方式可按用户需要采用手动/自动方式完成，备份时间间隔可根据需要进行设置。系统进行备份时应不影响系统运行。备份系统及数据可以存储在磁盘、磁带、光盘、异地介质上,且根据需求简便快速恢复使用.它能够按照预先设定的策略，以操作系统文件的形式，自动形成系统中数据库、人机显示画面和各种系统配置参数的备份。数据库备份可以在线操作，形成的备份文件可方便地纳入第三方备份系统的自动管理。

风电并网控制主站模块之间逻辑关系示意图如图3所示，总体分为数据层、业务层和表示层三大部分。数据层中的实时数据库和商用数据库通过数据库服务接口连接；业务层中包含了数据采集模块、数据统计分析模块、系统监视与报警模块、功率输出调节模块、顺序控制模块、数据交换管理模块、历史数据存储模块和系统备份与恢复模块；表示层包含多维数据分析展示模块和WEB模块，这两个模块连接于应用服务接口之上，应用服务部分预留部分接口来拓展新业务使用。

如图4所示的基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法流程图，本方法的具体实现如下：

步骤A：风电并网控制主站中的数据采集模块获取电力系统中的风电场参数；

步骤B：根据风电场参数，形成N*N阶风电场初始位置矩阵；

步骤C：按照此时上网风电机组的发电容量、发电成本、维护成本、上网电价以及此时的风速等各方面条件对上网风机进行优先级的排列，形成优化矩阵，优先级权重最高的排列在N*N阶矩阵的第一排第一列，优先控制其向系统释放有功功率；优先级次高的排在第一排第二列，其次受控，以此类推，直到满足控制量要求或者所有风电场均已受控为止，如此法可以使优先级比重高的风电场优先受控；

步骤D：设置迭代次数K=1，迭代次数K为接入到电力系统的所有运行的风电场的个数；

步骤E：风电并网控制主站中功率输出调节模块依据优先风电上网的原则下发命令控制超导储能装置动作，释放有功功率，

遵循优先风电上网原则控制调节超导储能装置的有功功率输出，通常情况下，在确保系统安全稳定的前提下，能并网的风电应处于满发状态，并由风电并网控制主站下发命令控制各个超导储能装置动作。此前连接于风电并网控制主站的风电预测模块可将对本时段风电功率的预测上传综合数据平台，由调度安排系统中水、火电的出力，并留有相应的备用容量。为了系统运行安全，在某些特殊的时候，系统中的水、火发电不能起到调节作用时，可以将一些风电机组退出系统。在枯风期或者系统负荷低谷期可以反向接受并存储系统输送的功率，以备调峰使用。

步骤F：判断电力系统中所有的超导储能装置是否都动作，

若电力系统中所有的超导储能装置都动作，则进入步骤G,

多目标辅助判断条件知道是：电力系统的实时最优潮流、总发电成本以及网损，此辅助判断条件可以实时进行，也可根据用户需求设定更新时间间隔，时间可以是5秒、1分钟或者是10分钟等。步骤G利用的多目标协调控制技术采用整体优化的思想对并网风电进行合理控制，对出现故障的风电场自然会排在矩阵的后面，最后受控或者不受控。

可见，基于超导储能装置的广域动态风电并网控制方法能够有效解决未来智能电网发展中可再生能源并网对电网的冲击和影响，基于矩阵控制技术和多目标辅助判断条件合理调整风电并网的功率，做到真正的削峰填谷，提高电网的安全稳定水平。

Claims

1.一种基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A：获取电力系统中的风电场参数；

步骤B：根据风电场参数，形成N*N阶风电场初始位置矩阵；

步骤D：设置迭代次数K=1，

步骤F：判断电力系统中所有的超导储能装置是否都动作，

若电力系统中所有的超导储能装置都动作，则进入步骤G,

2.如权利要求1所述的基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法，其特征在于：步骤E中，风电并网控制主站本着优先风电上网的原则调节超导储能装置输出有功功率。

3.如权利要求1所述的基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法，其特征在于：步骤E中，风电并网控制主站按照优化矩阵的位置依次控制风电场，先控制第一行第一列，然后第一行第二列，依次类推。

4.如权利要求1所述的基于超导储能装置的风电并网广域动态控制方法，其特征在于：步骤G中多目标辅助判断条件指的是电力系统实时最优潮流、系统总发电成本以及系统网损。