CN103280830A - 一种适用于大规模风电集中接入的过载控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大规模风电集中接入的过载控制方法，属于电力系统安全稳定控制领域。本发明针对有大规模风电集中接入的区域电网，当风电送出线路发生过载时，过载切机措施通过分析与过载线路相关的各风电场的出力变化趋势，动态优化地选择切机对象，并根据可能遇到的情况，分两种方法应对。本发明能使得切机措施更加高效，能够减小风电送出线路再次发生过载的概率。

Description

一种适用于大规模风电集中接入的过载控制方法

技术领域

本发明电力系统安全稳定控制领域，更准确地说，本发明涉及一种解决大规模风电集中接入的过载控制问题的方法。

背景技术

中国风能资源主要分布于“三北”地区，这些地区受电力负荷水平低、系统规模小、风电就地消纳规模不足的限制，大规模风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。由于风电出力具有随机性和波动性，风电送出线路的设计一般难以满足所有时段风电送出的需求。当某时段风电大发时，风电送出线路就有可能发生过载；或者当两回送出线路发生单回线路永久故障时，另一回线路也可能发生过载。

当风电送出线路发生过载时，传统的控制策略是根据过载量，按照既定的优先级顺序选择切除风电，直至所切风电的当前出力大于等于过载量，一般不考虑各风电场出力的变化趋势。然而，由于风电场的出力具有波动性，当风电送出线路过载时，有的风电场出力正处于上升阶段，有的风电场出力处于下降阶段，还有的风电场出力相对平稳。如果不考虑各风电场的出力变化趋势，只是按照传统策略完成切机措施，那么有可能造成剩下的风电场出力正处于上升阶段，有可能使风电送出线路再次发生过载。若这些风电场出力上升较快，还可能导致过流保护动作，切除送出线路，从而失去风电外送通道。

因此，对于有大规模风电集中接入的区域电网，当风电送出线路发生过载时，过载切机措施应当考虑和过载线路有关的各风电场出力变化趋势，动态优化地选择切机对象，并根据不同情况，采取更有针对性的切机方法。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中的解决大规模风电集中接入的过载控制的问题，提供一种能够动态优化地选择切机对象、并能够根据不同情况采取更有针对性的切机方法的方法。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1）根据当前电网运行方式、断面潮流情况，确定和过载线路相关的风电场，计算过载需切总量P_T；

2）计算各相关风电场当前时刻T时段内的功率均值P(t)，并根据P(t)值确定各相关风电场T时段内的出力曲线函数系数，从而求取当前时刻各风电场的斜率Kt和斜率变化率St，并根据Kt结果统计当前时刻Kt大于零的风电场并网总功率ΣPi；

3）装置比较ΣPi和P_T大小，当ΣPi大于P_T时，执行步骤4）；否则执行步骤5）；

4）对Kt大于零的相关风电场进行分级，并根据各级别排序原则对相关风电场排序，最后按优先级别和排序依次切除各相关风电场的出力馈线；切机过程中实时计算被切除的风电总量，当被切除风电总量大于等于P_T时，切机任务完成；

5）将Kt大于零的相关风电场全部切除，剩余风电需切量按比例分配到其他相关风电场，其他相关各风电场的切机量按如下公式计算：

$P_{\mathrm{Tk}}=\frac{P_k}{\∑P_j}(P_T-\∑P_i)$

其中，P_Tk为按风电出力比例分配给第k个其他相关风电场的风电需切量，P_k为当前第k风电场的风电出力，ΣP_j为其他相关风电场并网总功率。

本发明的进一步特征在于：所述步骤4）中对Kt大于零的相关风电场进行分级的方法为，根据预先设定的斜率定值K_d，将处于上升阶段的风电场分为如下三类：当K_t≥K_d时认为风电场出力处于快速上升阶段，当K_t＜K_d且S_t＞0时认为风电场出力处于启动上升阶段，当K_t＜K_d且S_t≤0时认为风电场出力处于上升趋缓阶段；则出力处于快速上升阶段的风电场优先级别最高，该级别风电场按出力曲线斜率Kt从大到小排序；出力处于启动上升阶段的风电场优先级别为高，各风电场按斜率变化率St从大到小排序；出力处于上升趋缓阶段的风电场优先级别为较高，该级别风电场也按出力曲线斜率Kt从大到小排序。

本发明的有益效果如下：本发明针对有大规模风电集中接入的区域电网，当风电送出线路发生过载时，过载切机措施通过分析与过载线路相关的各风电场的出力变化趋势，动态优化地选择切机对象，并根据可能遇到的情况，分两种方法应对，这样使得切机措施更加高效，还可以减小风电送出线路再次发生过载的概率。总之，当风电送出线路发生过载时，本发明能够根据各相关风电场的出力变化趋势，使得切机策略能够更好的应对大规模风电集中接入的过载控制问题。

附图说明

图1为处于上升阶段的风电场分类示意图。

图2为本发明方法的流程图。

图3为电网结构模拟图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

本发明的原理如下：当风电送出线路发生过载时，控制主站安稳控制装置根据当前电网运行方式和送电断面潮流情况，计算当前风电过载量，查询控制策略表，确定和过载线路相关的风电场，再根据实时采样数据，分析各相关风电场的出力变化趋势，优先切除当前出力处于上升阶段风电场，若不够切，再将剩余需切量分配给其他和过载相关的风电场。

各风电场的出力变化趋势需通过在线分析实时采样数据来确定。由于实时采样数据一直在允许误差范围内波动，不能直接利用该数据来判断当前风电场的出力变化趋势。时段T内某风电场出力曲线函数与安稳控制装置实时采集的风电场并网功率数据的数学关系如下：

$P\left(t\right)=\frac{{\∫}_{t-T}^{t}p\left(x\right)\mathrm{dx}}{T}$

其中，P(t)为时段T内某风电场出力曲线函数，其值为t时刻之前某风电场T时段内的功率均值。p(x)代表由安稳控制装置实时采集的风电场并网功率数据连线所拟合的函数，其值为安稳控制装置在T时段内的实时采样数据值。工程实践中，可以利用安稳控制装置在T时段内的实时采样数据值以及采样时间间隔直接求出

的值，从而无需先求出p(x)。

时间常数T为计算t时刻风电场并网功率均值所参考的数据时段。T的大小由各风电场的出力曲线变化特点来确定，理论上不超过风电场出力波动周期的一半，工程应用中可以根据运行人员的经验来确定。时间常数T越大，由P(t)值绘制的曲线失真越严重，时间常数T越小，实时采样数据在允许误差范围内的波动对风电出力曲线的影响越严重，不利于对风电场出力变化趋势的判断。因此，时间常数T在满足工程应用要求的前提下，越短越好，具体时长需根据具体的风电场来确定，T的取值范围通常为0.5～3分钟。

同时，时段T内的风电场出力曲线函数P(t)可以用多次函数曲线拟合：

P(t)=a₀t^m+a₁t^m-1+a₂t^m-2+...+a_m

曲线函数的阶次m要根据各风电场的出力曲线特点来确定，m值越大，函数系数计算所需时间越长，曲线拟合效果越好。通常只要不影响风电出力变化趋势的判断，m值的选取应该尽可能小。m的值通常取为2或3。

因此，可以先利用安稳控制装置在T时段内的实时采样数据值、采样时间间隔以及时间常数T，计算出t₁、t₂、t₃…t_m时刻之前时段T内风电场功率值P(t₁)、P(t₂)、P(t₃)…P(t_m)，并将所得结果代入上式中，即可确定该时段T内风电场出力曲线函数P(t)的各个系数。待P(t)函数系数确定，装置即可求取当前时刻各风电场的出力曲线斜率K_t：

$K_t=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}{|}_{t=T}=P^{\′}\left(t\right){|}_{t=T}$

斜率变化率S_t为：

S_t=P''(t)|_t=T

通过计算各风电场的出力曲线斜率K_t、斜率变化率S_t，可以准确判断当前各风电场的出力变化趋势。当某风电场的K_t>0，说明该风电场的出力处于上升阶段；当某风电场的K_t<0，说明该风电场的出力处于下降阶段；当某风电场的K_t=0，说明该风电场出力处于平稳阶段或者其未来变化趋势无法判定。

本发明方法将优先切除出力处于上升阶段的相关风电场，切除的先后顺序根据各风电场的斜率Kt和斜率变化率St来设定。预先设定某一斜率定值K_d，将处于上升阶段的风电场分为如下三类：

K_t≥K_d             风电场出力处于快速上升阶段，如图1a

K_t＜K_d且S_t＞0      风电场出力处于启动上升阶段，如图1b

K_t＜K_d且S_t≤0      风电场出力处于上升趋缓阶段，如图1_c

出力处于快速上升阶段的风电场优先级别最高，该级别风电场按出力曲线斜率Kt从大到小排序；出力处于启动上升阶段的风电场优先级别为高，各风电场按斜率变化率St从大到小排序；出力处于上升趋缓阶段的风电场优先级别为较高，该级别风电场也按出力曲线斜率Kt从大到小排序；剩下的与过载相关的风电场优先级别设为低。K_d的值可以根据工程实际情况而定。

各相关风电场优先级别不同，安控装置采用的切机策略不同。优先级别最高、高和较高的风电场（出力处于上升阶段的风电场），装置按优先级和排序，顺序切除各风电场的出力馈线，直至完成过载需切量。如果未完成过载需切任务，那么安控装置再切除优先级别为低的风电场，优先级别为低的相关风电场按出力比例分配过载需切量。因此，当风电送出线路发生过载时，控制主站安控装置需要分以下两情况来处理：

设当前风电需切总量为P_T，与过载线路相关的出力处于上升阶段的风电场并网总功率为ΣP_i，剩余的相关风电场并网总功率为ΣP_j。

当ΣP_i＞P_T时，控制主站安控装置对出力处于上升阶段的相关风电场进行动态的分级排序，并按最小过切原则顺序切除各相关风电场的出力馈线，直至被切除风电累加量大于等于P_T，则切机任务完成。

当ΣP_i≤P_T时，控制主站安控制装置直接将出力处于上升阶段的相关风电场全部切除，剩余的风电需切量再按比例分配给其他的相关风电场，其他相关各风电场的切机量按如下公式计算：

$P_{\mathrm{Tk}}=\frac{P_k}{\&Sum;P_j}(P_T-\&Sum;P_i)$

P_Tk为按风电出力比例分配给第k风电场的风电需切量。P_k为当前第k风电场的风电出力

通过分析以上两种可能出现的情况，采用本方法的安稳控制装置既能够保证完成风电送出线路过载切机任务，又能够动态优化的选择切机对象，并有效地降低风电送出线路再次发生过载的概率。

图2给出了本发明的流程图，下面结合图2以及图3中给出的电网模拟结构对本发明做具体说明。

图2步骤1，当图3中B5到B6的风电送出线路发生过载时，控制主站安稳控制装置根据当前电网运行方式和送电断面潮流情况，计算当前风电过载需切量P_T，查询控制策略表，确定和过载线路相关的风电场为W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7。

图2步骤2，安稳控制装置在运行过程中不断将实时采集的风电场并网功率数据进行处理。当风电送出线路发生过载时，装置直接求出以当前时刻为基点过去T时段内P(t)值，确定各个风电场P(t)函数的系数。待P(t)函数系数确定，装置即可求取当前时刻各风电场的出力曲线斜率K_t

$K_t=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}{|}_{t=T}=P^{\&prime;}\left(t\right){|}_{t=T}$

斜率变化率S_t

S_t=P’'(t)|_t=T

各相关风电场的斜率和斜率变化率分别为（K1、S1）、（K2、S2）、（K3、S3）、（K4、S4）、（K5、S5）、（K6、S6）、（K7、S7）。假设风电场W1、W2、W3、W4斜率大于零，W5、W6、W7斜率小于等于零，计算Kt>0的相关风电场并网总功率为ΣP_i。

图2步骤3，控制主站安控装置比较ΣP_i和P_T的大小，判定出力处于上升阶段的风电场并网功率是否够切。如果ΣP_i＞P_T时，控制主站执行步骤4的操作；否则执行步骤5的操作。

图2步骤4，假设

K1>Kd

K2<Kd、S2>0

K3<Kd、S3<0，K4<Kd、S4<0，且K3<K4

则W1优先级别为最高，W2优先级别为高，W3、W4优先级别较高，四个风电场的排序为W1、W2、W4、W3，安控装置按此顺序切除风电场的出力馈线，并实时累加被切除的风电功率ΣP_sum，当ΣP_sum>P_T时，切机任务完成。

图2步骤5，安控装置直接将风电场W1、W2、W3、W4的并网功率切除，计算剩余需切量，并按出力比例分配给风电场W5、W6、W7。各风电场的切机量按如下公式计算：

$P_{\mathrm{Tk}}=\frac{P_k}{\&Sum;P_j}(P_T-\&Sum;P_i)$

总之，当风电送出线路发生过载时，本发明能够根据各相关风电场的出力变化趋势，动态优化地选择切机对象，使得切机策略能够更好的应对大规模风电集中接入的过载控制问题。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (2)

1.一种适用于大规模风电集中接入的过载控制方法，其特征在于，包括如下步骤:

1）根据当前电网运行方式、断面潮流情况，确定和过载线路相关的风电场，计算过载需切总量P_T；

2）计算各相关风电场当前时刻T时段内的功率均值P(t)，并根据P(t)值确定各相关风电场T时段内的出力曲线函数系数，从而求取当前时刻各风电场的斜率Kt和斜率变化率St，并根据Kt结果统计当前时刻Kt大于零的风电场并网总功率ΣPi；

3）装置比较ΣPi和P_T大小，当ΣPi大于P_T时，执行步骤4）；否则执行步骤5）；

4）对Kt大于零的相关风电场进行分级，并根据各级别排序原则对相关风电场排序，最后按优先级别和排序依次切除各相关风电场的出力馈线；切机过程中实时计算被切除的风电总量，当被切除风电总量大于等于P_T时，切机任务完成；

5）将Kt大于零的相关风电场全部切除，剩余风电需切量按比例分配到其他相关风电场，其他相关各风电场的切机量按如下公式计算：

$P_{\mathrm{Tk}}=\frac{P_k}{\&Sum;P_j}(P_T-\&Sum;P_i)$

其中，P_Tk为按风电出力比例分配给第k个其他相关风电场的风电需切量，P_k为当前第k风电场的风电出力，ΣP_j为其他相关风电场并网总功率。

2.根据权利要求1所述的适用于大规模风电集中接入的过载控制方法，其特征在于，所述步骤4）中对Kt大于零的相关风电场进行分级的方法为：

根据预先设定的斜率定值K_d，将处于上升阶段的风电场分为如下三类：当K_t≥K_d时认为风电场出力处于快速上升阶段，当K_t＜K_d且S_t＞0时认为风电场出力处于启动上升阶段，当K_t＜K_d且S_t≤0时认为风电场出力处于上升趋缓阶段；则出力处于快速上升阶段的风电场优先级别最高，该级别风电场按出力曲线斜率Kt从大到小排序；出力处于启动上升阶段的风电场优先级别为高，各风电场按斜率变化率St从大到小排序；出力处于上升趋缓阶段的风电场优先级别为较高，该级别风电场也按出力曲线斜率Kt从大到小排序。

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