CN103746408B - 大规模风电agc协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规模风电AGC协调控制方法，包括如下步骤：读取电网量测数据；对电网量测数据进行数据处理和质量判断，判断电网所处的控制区间；由实时发电计划获得基点，并计算电网调节需求；按照协调控制策略进行调节功率分配。利用本发明所提供的方法，可以在保证电网安全的前提下，使电网最大限度地接纳可再生能源，进一步提高电网运行的经济性。

Description

大规模风电AGC协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种发电量控制方法，尤其涉及一种面向大规模风电接入的AGC（自动发电量控制）协调控制方法，属于电力系统调度技术领域。

背景技术

随着我国电网规模的快速增长，电网调度人员的工作压力越来越大，主要依赖人工判断的传统调度模式将逐步难以适应。因此，自动发电量控制（Automatic GenerationControl，简称为AGC）应运而生，它控制着调频机组的出力，以满足不断变化的用户电力需求，并使整个电力系统处于经济的运行状态。

在我国的一些区域电网中，风力发电已经成为主要的电力来源之一。包含大规模风电接入的电网在峰谷调节、频率控制、电压控制、最大限度的发挥储能效力等环节具有其自身特性，传统的调度自动化系统已经不能完全适应其调度运行的需要。例如，目前电网对风电场常用的实时调度方式主要是将风电当作“负”负荷处理，其出力的波动性和间歇性完全由电网热备用容量进行补偿。这就制约了风电机组主动参与电网调节的能力，也对参与电网调节的其它常规机组的性能提出更严格的要求。

现有技术中，申请号为201110232121.5的中国发明专利申请公开了一种全系统低发电成本的大规模风电控制方法，根据不同调峰容量水平对风电接入容量的影响，以风电接入后全系统发电成本节约量最大为目标函数，以火电机组调峰范围和风电出力范围作为约束条件，以电力系统负荷低谷时段的风电功率作为控制对象，调整风电的输出功率。申请号为201310159947.2的中国发明专利申请公开了一种含大规模风电电力系统的短期运行优化方法，包括对风电出力的随机性进行建模，对电力系统负荷的随机性进行建模，对电力系统的净负荷建模。通过对风电出力的随机性和电力系统的负荷预测误差的标准差计算，得出电力系统的净负荷预测误差，根据预测误差和预测量对电力系统进行合理的调配。

由于我国风电分布的地理特性和能源结构与国外有较大差别，风电主要分布在三北及部分沿海地区，且能源结构中火电占有较大比例，这给充分利用风电带来了一系列问题。首先，大规模风电功率波动的间歇性和随机性对电网正常运行冲击较大，由于常规能源特别是火电机组调节速度较慢，难以快速跟踪风电的变化，造成电网峰谷调节日益困难；其次，人工调控大量的风电场与其它电源容易引起效率低下，占用人力较多，特别是在紧急情况下将难以应对；再次，由于风电采用发电计划进行控制，受制于风电预测精度和时间尺度，难以与常规能源高效协调。风电与其它能源不能实时进行协调控制，常常造成“弃风”和能源浪费，不利于提升风电的利用率和风电产业的发展。因此，研究开发面向大规模风电接入的实时协调控制技术非常必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种大规模风电AGC协调控制方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用以下的技术方案：

一种大规模风电AGC协调控制方法，包括如下步骤：

读取电网量测数据；

对所述电网量测数据进行数据处理和质量判断，判断电网所处的控制区间；

由实时发电计划获得基点，并计算电网调节需求；

按照协调控制策略进行调节功率分配。

其中较优地，所述协调控制策略包括紧急调节策略：当电网调节需求位于紧急区时，风电场立即参与调节，使电网尽快恢复到正常状态，其中参与调节表示该机组与其它可调机组同时进行调节。

其中，当电网调节需求位于紧急区时，风电场立即参与调节；如果不需要紧急调节，则判断是否需要次紧急向下调节。

当电网不需要次紧急向下调节时，则判断是否需要次紧急向上调节，如果需要调节，则风电场参与向上调节；如果不需要次紧急向上调节，继续判断是否需要正常向上调节。

当电网不需要次紧急向上调节时，继续判断是否正常向上调节，如果需要，则优先向上调节，如果不需要，则按计划运行，不参与二次调节。

其中较优地，所述协调控制策略包括向下滞后调节策略：当电网调节需求位于次紧急区时，风电场不向恶化区域紧急状态的方向调节，水电、火电和储能系统下调节备用不足时：风电场参与减出力调节。

其中，当电网调节需求位于次紧急区时，判断水电、火电和储能备用是否不足；如果备用不足，则风电场立即参与调节；如果备用充足，则按计划运行，不参与二次调节。

其中较优地，所述协调控制策略包括向上优先调节策略：表示只有该机组备用不足时才调节其它机组，当全网有任何向上调节的需求时，风电场优先向上调节出力，直至最大发电能力。

其中较优地，所述协调控制策略包括正常情况：只有风电上调节备用不足时，水电、火电或储能系统才参与上调节出力，否则只上调风电；其中备用不足是指调节需求大于调节备用。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术特点：

1）在电网运行安全性方面，本发明以实时发电计划和安全约束调度为基础，采取了紧急情况下风电和储能系统辅助二次调节的措施，充分保证电网运行的安全；

2）在电网运行优质性方面，本发明考虑了电网处于不同控制区间的各种电源的AGC配置原则，在保证电网安全的前提下，AGC控制策略以电网控制性能指标最优为目标，充分利用各种电源的调节功能，避免反向调节；

3）在电网运行经济性方面，本发明采用风电优先的原则，充分利用风电，少用火电，最大程度减少弃风；采用储能系统削峰填谷，实现了风电和储能的互补，减少火电场开停机，同时采取措施避免风电和储能的频繁调整。

附图说明

图1是本发明所提供的大规模风电AGC协调控制方法的整体流程图；

图2是用于实现上述方法的AGC协调控制系统的结构示意图；

图3是采用大规模风电AGC协调控制方法实现风电场调度的网络结构示意图；

图4是AGC协调控制系统所采用的风电控制策略示意图；

图5是图4所示的控制策略在风电控制中的具体实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种大规模风电AGC协调控制方法，包括如下的步骤：

通过能量管理系统平台提供的实时数据接口，实时读取服务器中的电网量测数据，包括遥测数据和遥信数据等；

根据量测数据的大小、来源、更新时间和通信质量位等信息，对所有采集的量测进行数据处理和质量判断；

由经过上述处理后得到的可用量测数据，计算电网运行状态指标，包括联络线偏差、频率偏差、区域控制偏差（Area Control Error，简称为ACE）、机组或风电场可控状态、机组或风电场可调范围等；

根据联络线偏差、频率偏差、区域控制偏差（ACE）等电网运行状态指标，判断电网所处的控制区间并计算电网调节需求；

根据电网调节需求、机组或风电场可控状态、机组或风电场可调范围等信息，按照协调控制策略进行调节功率分配；

调节功率分配完成后，下发指令之前还需要进行机组或风电场控制指令校核，主要包括反向延时校验、信号死区校验、调节步长校验、禁止运行区域校验、调节限值校验、断面安全约束校验、升降闭锁校验、调节允许校验、命令周期校验等；

将校核后的机组或风电场控制指令通过电力调度数据网下发到各机组或风电场执行。

为了实现上述的大规模风电AGC协调控制方法，本发明所采用的AGC协调控制系统如图2所示，包括服务器、工作站和交换机，其中服务器优选采用主备热备份方式，由主用服务器和备用服务器构成。

正常情况下，主用服务器负责收集分散在不同地方的发电厂和变电站的数据，所采集的数据（例如电参量、开关量状态等）处理后通过电力调度数据网实时传输给交换机，服务器通过交换机接收上述数据并储存在服务器的数据库中。备用服务器处于热备状态，当主用服务器异常情况下，主用服务器和备用服务器实现自动切换，保证了AGC协调控制系统的安全稳定运行。

服务器通过交换机与电力调度数据网（图中未示出）连接。服务器中的SCADA（数据采集与监控系统）软件，通过电力调度数据网中实时采集场站数据。其中，场站数据包括：电网频率、联络线功率、AGC可控新能源运行状态和传统能源运行状态，并将处理后的数据存储于数据库中，供实施大规模风电AGC协调控制方法时使用。

如图3所示，某个区域电网所采用的AGC协调控制系统通过风电场监控系统采集各风电场的数据，利用发电计划进行风电预测和负荷预测，根据所采集的数据进行自动发电量控制，通过调度数据网调节各风电场的发电情况。

参见图4，AGC协调控制系统首先获得风电计划值，计算电网运行控制区间运行是否正常；如果运行正常，则维持风电计划值，如果运行不正常，则暂时偏离计划值，参与到电网调节中，再次获取风电计划值，直到电网运行正常。

风电的间歇性使得大规模风电场对电网冲击较大，容易出现风电变化的规律与负荷变化规律不一致造成的反调峰问题。目前，国内多数区域电网的火电机组所占比例较高，但火电机组调节性能较差，不能紧密跟踪风电波动，因此除了合理安排风电发电计划外，还应该在紧急情况时使风电参与电网调节。

在国内现有的多种能源协调方案中，一方面主要集中在三次调节，即发电计划，属于较长的时间尺度（15分钟以上级别），对于较短时间尺度（5分钟及以下）的新能源功率波动难以有效跟踪和调控；另一方面通常利用风功率预测结果，对风电场制定发电计划曲线，由AGC协调控制系统读取实时计划下发执行。但是，如果预测准备度较差，与实际的风电功率偏差较大，此时AGC协调控制系统的控制效果必然会被减弱。

本发明所提供的大规模风电AGC协调控制方法，进一步挖掘新能源的潜力和AGC协调控制系统的调控能力，能进一步提高电网的新能源接纳能力，也能在一定程度上减少不必要弃风，同时可用于电网紧急情况下的新能源自动控制，实现电网新能源调控的精细化。

在本发明中，风电场参与AGC调节基于以下控制约束条件：

1）为减少风电机组磨损和“弃风”，风电机组不应频繁调节；

2）正常情况下，应尽量保证风电按照发电计划或以最大能力发电；

3）紧急情况下，为保证电网安全，风电应立即参与调节。

本发明充分考虑了风电储能联合运行电网安全、优质、经济的要求，根据各种电源的不同特性，储能系统、水电机组等调节速率快，对电能质量的调节有利，主要用于电网二次调节；火电机组调节速率慢，主要用于电网的三次调节，只有其它快速调节能源不足时，才参与电网的二次调节，并给出了水电、火电、风电、储能系统的AGC协调控制策略，各类型能源的分工如下：

1）根据电源构成情况，在不同的时间尺度采用不同速率类型的电源进行调节，实现电网一次、二次、三次调节的并行优化；

2）正常情况下，以实时发电计划为基础，主要以水电和火电调节；

3）次紧急情况下，以水电和火电调节为主，风电和储能辅助调节；

4）紧急情况下，水电、火电、风电和储能同时参与调节；

5）相同类型机组同时参与调节时，按给定比例分配调节功率；

6）不同类型机组同时参与调节时，按优先级排序分配调节功率，不同类型机组按照不同优先级进行调节，向上调节以风电优先级最高，向下调节以火电优先级最高。

根据上述原则，风电场参与AGC调节采用以下策略，如表1所示：

表1风电协调控制策略表

1）紧急调节策略：当电网调节需求位于紧急区时，风电场立即参与调节，使电网尽快恢复到正常状态，其中参与调节表示该机组与其它可调机组同时进行调节。

2）向下滞后调节策略：当电网调节需求位于次紧急区时，风电场不向恶化区域紧急状态的方向调节，水电、火电和储能下调节备用不足时，风电场参与减出力调节，其中机组或风电场单向调节时，该机组或风电场的反向调节备用设置为0；正常情况下风电场不减出力，其中机组或风电场不调节时，机组或风电场的上下调节备用都设置为0。

3）向上优先调节策略，即表示只有该机组备用不足时才调节其它机组。当全网有任何向上调节的需求时，风电场优先向上调节出力，直至最大发电能力。

4）正常情况下，只有风电上调节备用不足时，水电、火电或储能系统才参与上调节出力，否则只上调风电；其中备用不足指调节需求大于调节备用的情况。

通过采用向上调节优先、向下调节滞后的策略，不仅使风电机组调节次数较少，而且可以保证最大限度接纳风电能源。

如图5所示，AGC协调控制系统开始工作，由实时发电计划获得基点，计算ACE调节需求，如果需要紧急调节，则立即参与调节；如果不需要紧急调节，则判断是否次紧急向下调节，如果需要次紧急调节，则判断水电火电储能备用是否不足，如果备用不足，则立即参与调节；如果备用充足，则按计划运行不参与二次调节；如果不需要次紧急向向调节，则判断是否需要次紧急向上调节，如果需要，则参与向上调节；如果不需要次紧急向上调节，继续判断是否正常向上调节，如果需要，则优先向上调节，如果不需要，则按计划运行，不参与二次调节。

与现有技术相比较，本发明具有以下的技术特点：

1）侧重于二次调节，以AGC调节为主，以ACE为指标感知区域功率平衡情况，以频率为指标感知全网功率平衡情况，计算控制区间与调节需求；

2）实现储能削峰填谷、风电与储能互补以三次调节为主，AGC二次调节为辅；

3）充分体现最大程度利用风电、减少“弃风”原则，例如采用风电上调优先、向下调节滞后原则；

4）充分考虑尽量减少储能和风电的调节次数，例如储能和风电只在紧急区和次紧急区才参与二次调节，正常情况下保持计划值；

5）综合考虑各种电源的性能，采用不同优先级顺序调节，实现节能环保。

利用本发明所提供的大规模风电AGC协调控制方法，可以在保证电网安全的前提下，使电网最大限度地接纳可再生能源，进一步提高电网运行的经济性。

上面对本发明所提供的大规模风电AGC协调控制方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：

读取电网量测数据；

对所述电网量测数据进行数据处理和质量判断，计算包括联络线偏差、频率偏差、区域控制偏差在内的电网运行状态指标，判断电网所处控制区间；

由实时发电计划获得基点，计算电网调节需求：如果需要紧急调节，则立即参与调节；如果不需要紧急调节，则判断是否次紧急向下调节，如果需要次紧急调节，则判断水电火电储能备用是否不足，如果备用不足，则立即参与调节；如果备用充足，则按计划运行不参与二次调节；如果不需要次紧急向下 调节，则判断是否需要次紧急向上调节，如果需要，则参与向上调节；如果不需要次紧急向上调节，继续判断是否正常向上调节，如果需要，则优先向上调节，如果不需要，则按计划运行，不参与二次调节；

按照协调控制策略进行调节功率分配，其中所述协调控制策略包括紧急调节策略：当电网调节需求位于紧急区时，风电场立即参与调节，使电网尽快恢复到正常状态，其中参与调节表示该风电场与其它可调机组同时进行调节；

在调节功率分配完成后、下发指令之前进行机组或风电场控制指令校核，所述机组或风电场控制指令校核包括反向延时校验、信号死区校验、调节步长校验、禁止运行区域校验、调节限值校验、断面安全约束校验、升降闭锁校验、调节允许校验、命令周期校验；

将校核后的机组或风电场控制指令通过电力调度数据网下发到各机组或风电场执行。

2.如权利要求1所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

当电网调节需求位于紧急区时，风电场立即参与调节；如果不需要紧急调节，则判断是否需要次紧急向下调节。

3.如权利要求2所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

当电网不需要次紧急向下调节时，判断是否需要次紧急向上调节，如果需要调节，则风电场参与向上调节；如果不需要次紧急向上调节，继续判断是否需要正常向上调节。

4.如权利要求3所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

当电网不需要次紧急向上调节时，继续判断是否正常向上调节；

如果需要，则优先向上调节，如果不需要，则按计划运行，不参与二次调节。

5.如权利要求1所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

所述协调控制策略包括向下滞后调节策略：当电网调节需求位于次紧急区时，风电场不向恶化区域紧急状态的方向调节，水电、火电和储能系统下调节备用不足时：风电场参与减出力调节。

6.如权利要求5所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

当电网调节需求位于次紧急区时，判断水电、火电和储能备用是否不足，如果备用不足，则风电场立即参与调节；如果备用充足，则按计划运行，不参与二次调节。

7.如权利要求1所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

所述协调控制策略包括向上优先调节策略：只有该机组备用不足时才调节其它机组，当全网有向上调节的需求时，风电场优先向上调节出力，直至最大发电能力。

8.如权利要求1所述的大规模风电AGC协调控制方法，其特征在于，

所述协调控制策略包括正常情况：只有风电上调节备用不足时，水电、火电或储能系统参与上调节出力，否则只上调风电；其中备用不足是指调节需求大于调节备用。