CN103762620A - 基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，属于电力系统调度运行与控制技术领域。本发明根据当前时刻新能源电站并网功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标，将新能源电站分成多个控制性能代价比指标相近的电站群，从而解决按接入输电通道的不同对新能源电站进行分群、不能真实反映电网当前时刻的暂态和动态安全稳定特性的问题。本发明能够提高新能源电站并网有功功率限制的实时性、可靠性和精度、提高新能源电站并网有功功率提升的实时性、可靠性和精度，以及新能源电站提升并网有功功率预测与控制技术装备水平的主动性。

Description

基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法

技术领域

本发明属于电力系统调度运行与控制技术领域，更准确地说，本发明涉及一种考虑电网安全稳定运行约束要求的新能源并网功率的实时控制的方法。

背景技术

风电、光伏等新能源电站的发电特性具有波动性、随机性和间歇性特点，为了在确保电网安全稳定的前提下充分吸纳新能源电站的电力，电网调控中心不仅需要掌握新能源电站的并网功率预测信息，而且要能够对新能源电站的并网功率进行实时控制。国家标准化管理委员会颁布的GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》明确要求“风电场应配置有功功率控制系统，具备有功功率调节能力，接收并自动执行调度部门发送的有功功率及有功功率变化的控制指令，确保风电场有功功率及有功功率变化按照调度部门的给定值运行。在电力系统事故或紧急情况下，风电场应根据电力系统调度部门的指令快速控制其输出的有功功率”。2011年国家能源局颁布的《风电场功率预测预报管理暂行办法》中明确“所有并网运行的风电场均应具备风电功率预测预报的能力，并按要求开展风电功率预测预报”，并提出了风电场功率预测预报考核指标。2012年国家标准《光伏发电站接入电力系统技术规定》送审稿已通过专家评审，其中对光伏发电站接入电力系统的有功功率和功率预测等也作出了规定。

文献“大型集群风电有功智能控制系统设计”（电力系统自动化，2010年第34卷第17期）提出两种风电有功功率控制模式，一是最大出力控制模式，根据电网不同输电通道风电接纳能力确定接入同一通道的风电场群的最大出力上限值，再根据离线设定的规则计算其中各个风电场的最大出力上限值；二是出力跟踪模式，风电场实时跟踪发电计划进行有功功率控制。

专利“风电并网后主站端风电场有功功率控制方法”（专利号：201010555191.X）提出基于风功率预测的“发电计划跟踪”为主，风电机组“直接参与调频”为辅的区域电网有功调度框架，首先基于稳定断面极限要求计算出属于同一输电通道的风电场的总出力限值，再按评价风电场预测偏差、调节精度和调节速度等的综合分摊因子对各个风电场的出力进行分摊。

专利申请“风电场有功功率的动态分群控制方法”（申请号：201210202621.9）为了减少风电机组的调节次数，降低风电机组的功率波动，提出了根据超短期风电功率预测对风电机组按超短期功率变化方式进行分群并分配功率方法。

但是，已有的技术成果没有计及当前时刻风电场并网有功功率控制对电网安全稳定裕度的控制性能代价比对风电场进行分群，也没有按风电场预测精度和调节性能指标对限制并网功率的风电场和增加并网功率的风电场进行分类控制，存在不能真实反映电网当前时刻的暂态和动态安全稳定特性等诸多问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中存在的不足，提供一种基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法。

本发明根据当前时刻新能源电站并网功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标，将新能源电站分成多个控制性能代价比指标相近的电站群，从而解决按接入输电通道的不同对新能源电站进行分群、不能真实反映电网当前时刻的暂态和动态安全稳定特性的问题。通过优先降低安全稳定控制性能代价比小的新能源电站群的并网有功功率，实现限制同样大小的并网有功功率、更为显著提升电网安全稳定裕度的目的；优先增加安全稳定控制性能代价比大的新能源电站群的并网有功功率，实现降低相同幅度的电网安全稳定裕度、更为显著地提升并网有功功率的目的。通过优先降低调节性能指标大的新能源电站的并网有功功率，并考虑其预测值和预测精度，提高新能源电站并网有功功率限制的实时性、可靠性和精度；通过优先增加考虑预测精度和调节性能指标的综合性能指标大的新能源电站的并网有功功率，并考虑其预测值和预测精度，提高新能源电站并网有功功率提升的实时性、可靠性和精度，以及新能源电站提升并网有功功率预测与控制技术装备水平的主动性。

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）若根据此时电网安全稳定运行的要求，调控中心需要对新能源电站的并网有功功率进行控制，则进入步骤2）；否则，结束本方法；

2）通过以下方法对参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标分别进行计算，进入步骤3）：

首先，将当前时刻之前各个新能源电站在各自的每个并网有功功率考核时间段内的相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值用直线相连，得到与各个新能源电站的每个并网有功功率考核时间段相对应的并网有功功率预测折线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则将新能源电站的各个并网有功功率预测折线分别作为其在相应的并网有功功率考核时间段的并网有功功率预测曲线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度不等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则对其中时间段长度小于相应的并网有功功率考核时间段长度的并网有功功率预测折线进行以下处理：若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的第1个并网有功功率预测时刻晚于相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻，则将连接新能源电站的第一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向前延伸至相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻；若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的最后1个并网有功功率预测时刻早于相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻，则将连接新能源电站的最后一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向后延伸至相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻；最后将经过上述处理的新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测折线，作为新能源电站在该并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测曲线；

然后，根据调控中心对各个新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率控制模式，分别从当前时刻之前各个新能源电站的并网有功功率考核时间段中确定出各个新能源电站的并网有功功率不受限时间段和并网有功功率受限时间段；

针对并网有功功率不受限时间段内新能源电站并网有功功率预测曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，采用均方根误差公式计算出新能源电站的并网有功功率预测精度；

针对并网有功功率受限时间段内新能源电站并网有功功率调控指令曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，采用均方根误差公式计算出新能源电站的并网有功功率调节性能指标；

3）首先，依据当前时刻新能源电站的并网有功功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标的相近程度，分别针对各个新能源电站并网有功功率控制组内的新能源电站进行分群，使得属于同1群的新能源电站的控制性能代价比指标的绝对值与该群中所有新能源电站的控制性能代价比指标绝对值中的最大值的比值大于设定门槛值，对于无法与其它新能源电站构成1个群的新能源电站，则作为单独的1个新能源电站群，得到各个新能源电站并网有功功率控制组内新能源电站的分群结果；

所述新能源电站并网有功功率控制性能代价比指标是指因新能源电站并网有功功率控制而引起的电网安全稳定裕度变化量与其并网有功功率变化量之比；

所述新能源电站并网有功功率控制组是指由1个或多个共同分摊并网有功功率调整量的新能源电站组成的集合；

然后，针对每个新能源电站并网有功功率控制组，分别从各个新能源电站群中任选出1个新能源电站，作为对新能源电站并网有功功率控制组内的各个新能源电站群进行排序的依据，按各个新能源电站群中选出的新能源电站的控制性能代价比指标由小到大的顺序对新能源电站并网有功功率控制组内的所有新能源电站群进行排序，得到各个新能源电站并网有功功率控制组的新能源电站群排序表，进入步骤4）；

4）若调控中心需要降低新能源电站的并网有功功率，则进入步骤5）；否则，进入步骤6）；

5）首先，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中的各个新能源电站，根据其当前时刻并网有功功率调控指令执行值的下限、当前时刻并网有功功率的最大值、紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，以及步骤2）得到的新能源电站并网有功功率预测精度，确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限；

所述设定时限是指调控中心对当前时刻新能源电站并网有功功率实施控制的时限要求；

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限大于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的当前时刻并网有功功率实际值与其并网有功功率调控指令执行值的差值之和等于需要减少的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤6）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率降低总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组降低的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先降低排序在前的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤2）中得到的并网有功功率调节性能指标由大到小的顺序，优先降低排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率降低到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值；

6）若调控中心需要增加新能源电站的并网有功功率，则进入步骤7）；否则，进入步骤9）；

7）针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，分别计算其在步骤2）中得到的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的加权平均值，作为考虑新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标，进入步骤8）；

8）首先，针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，根据紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值和步骤2）中得到的并网有功功率预测精度，确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限；

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限小于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值与其当前时刻并网有功功率实际值的差值之和等于需要增加的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤9）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率增加总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组增加的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先增加排序在后的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的上限后，再增加排序紧排其前的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤7）中得到的考虑其并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标由大到小的顺序，优先增加排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率增加到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限后，再增加排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值；

9）按上述步骤中确定的当前时刻新能源电站并网有功功率的调控指令执行值，对相应的新能源电站进行实时控制，结束本方法。

本发明的有益效果如下：本发明提出根据包括风电场在内的新能源电站的历史运行信息，计算其预测精度和调节性能指标，并依据当前时刻新能源电站的并网有功功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标的相近程度，对参与并网有功功率控制的所有新能源电站进行分群，克服了按接入输电通道的不同对新能源电站进行分群，不能真实反映电网当前时刻的暂态和动态安全稳定特性的缺陷。

对于当前时刻需要降低并网有功功率的多个新能源电站群，优先降低安全稳定控制性能代价比小的新能源电站群的并网有功功率，并综合考虑当前时刻并网有功功率调控指令执行值的下限和并网有功功率最大值，以及紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值和并网有功功率预测精度，确定新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的下限，优先降低其中调节性能指标大的新能源电站的并网有功功率，不仅实现了限制同样大小的并网有功功率、更为显著地提升电网安全稳定裕度的目的，而且提高了新能源电站并网有功功率限制的实时性、可靠性和精度。

对于当前时刻需要增加并网有功功率的多个新能源电站群，优先增加安全稳定控制性能代价比大的新能源电站群的并网有功功率，并综合考虑紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值和并网有功功率预测精度，确定新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的上限，优先增加其中考虑预测精度和调节性能指标的综合性能指标大的新能源电站的并网有功功率，不仅实现了降低相同幅度的电网安全稳定裕度、更为显著地提升并网有功功率的目的，而且提高了新能源电站并网有功功率提升的实时性、可靠性和精度，以及新能源电站提升并网有功功率预测与控制技术装备水平的主动性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

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。

图1中步骤1描述的是若根据此时电网安全稳定运行的要求，调控中心需要对新能源电站的并网有功功率进行控制，则进入步骤2）；否则，结束本方法。

图1中步骤2描述的是通过以下方法对参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标分别进行计算，进入步骤3）；

首先，将当前时刻之前各个新能源电站在各自的每个并网有功功率考核时间段内的相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值用直线相连，得到与各个新能源电站的每个并网有功功率考核时间段相对应的并网有功功率预测折线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则将新能源电站的各个并网有功功率预测折线分别作为其在相应的并网有功功率考核时间段的并网有功功率预测曲线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度不等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则对其中时间段长度小于相应的并网有功功率考核时间段长度的并网有功功率预测折线进行以下处理：若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的第1个并网有功功率预测时刻晚于相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻，则将连接新能源电站的第一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向前延伸至相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻；若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的最后1个并网有功功率预测时刻早于相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻，则将连接新能源电站的最后一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向后延伸至相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻；最后将经过上述处理的新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测折线，作为新能源电站在该并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测曲线；

然后，根据调控中心对各个新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率控制模式，分别从当前时刻之前各个新能源电站的并网有功功率考核时间段中确定出各个新能源电站的并网有功功率不受限时间段和并网有功功率受限时间段；

针对并网有功功率不受限时间段内新能源电站并网有功功率预测曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，通过以下公式（1）来计算参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率预测精度：

$A_{p.i}=1-\sqrt{\frac{1}{M_i}\underset{k_1=1}{\overset{M_i}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{P_{{p.i.k}_1}-P_{{r.i.k}_1}}{P_{x.i.k_1}}\right)}^2}---\left(1\right)$

其中，i=1,2,…,G，G为参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的总数，M_i为第i个新能源电站在当前时刻之前的所有并网有功功率不受限时间段内新能源电站并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，

和

分别为第i个新能源电站的第k₁个数据抽样点的并网有功功率预测值、并网有功功率实际值和开机容量，A_p.i为第i个新能源电站的并网有功功率预测精度。

针对并网有功功率受限时间段内新能源电站并网有功功率调控指令曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，通过以下公式（2）来计算参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率调节性能指标：

$A_{c.i}=1-\sqrt{\frac{1}{N_i}\underset{k_2=1}{\overset{N_i}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{P_{{c.i.k}_2}-P_{{r.i.k}_2}}{P_{{x.i.k}_2}}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中，i=1,2,…,G，G为参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的总数，N_i为第i个新能源电站在当前时刻之前的所有并网有功功率受限时间段内新能源电站并网有功功率的调控指令曲线的数据抽样点总数，和

分别为第i个新能源电站的第k₂个数据抽样点的并网有功功率调控指令执行值、并网有功功率实际值和开机容量，A_c.i为第i个新能源电站的并网有功功率调节性能指标。

图1中步骤3描述的是，首先，依据当前时刻新能源电站的并网有功功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标的相近程度，分别针对各个新能源电站并网有功功率控制组内的新能源电站进行分群，使得属于同1群的新能源电站的控制性能代价比指标的绝对值与该群中所有新能源电站的控制性能代价比指标绝对值中的最大值的比值大于设定门槛值，该门槛值小于1，通常设置为0.9，对于无法与其它新能源电站构成1个群的新能源电站，则作为单独的1个新能源电站群，得到各个新能源电站并网有功功率控制组内新能源电站的分群结果；

所述新能源电站并网有功功率控制性能代价比指标是指因新能源电站并网有功功率控制而引起的电网安全稳定裕度变化量与其并网有功功率变化量之比；

所述新能源电站并网有功功率控制组是指由1个或多个共同分摊并网有功功率调整量的新能源电站组成的集合；

然后，针对每个新能源电站并网有功功率控制组，分别从各个新能源电站群中任选出1个新能源电站，作为对新能源电站并网有功功率控制组内的各个新能源电站群进行排序的依据，按各个新能源电站群中选出的新能源电站的控制性能代价比指标由小到大的顺序对新能源电站并网有功功率控制组内的所有新能源电站群进行排序，得到各个新能源电站并网有功功率控制组的新能源电站群排序表，进入步骤4）。

图1中步骤4描述的是若调控中心需要降低新能源电站的并网有功功率，则进入步骤5）；否则，进入步骤6）。

图1中步骤5描述的是，首先，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中的各个新能源电站，根据其当前时刻并网有功功率调控指令执行值的下限、当前时刻并网有功功率的最大值、紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，以及步骤2）得到的新能源电站并网有功功率预测精度，通过公式（3）来确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限；

$P_{j.\min .t}=(2-{A_{p.j}}^{\mathrm{\α}})P_{j.p.t}\frac{P_{j.\min 0}}{P_{j.\max 0}}---\left(3\right)$

其中，j=1,2,…,G_de，G_de为选择的新能源电站群中新能源电站的总数，P_j.min0和P_j.max0分别为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站当前时刻的并网有功功率调控指令执行值的下限和并网有功功率最大值，P_j.p.t为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，A_p.j为步骤2）中得到的所选择的新能源电站群中第j个新能源电站的并网有功功率预测精度，α为设定的系数，用于反映按不同的置信度来确定并网有功功率调控指令执行值的下限，通常取值在1-1.5之间，α取值大，表示按较高的置信度确定并网有功功率调控指令执行值的下限，α取值小，表示按较低的置信度确定并网有功功率调控指令执行值的下限，P_j.min.t为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限。

所述设定时限是指调控中心对当前时刻新能源电站并网有功功率实施控制的时限要求；

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限大于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的当前时刻并网有功功率实际值与其并网有功功率调控指令执行值的差值之和等于需要减少的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤6）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率降低总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组降低的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先降低排序在前的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤2）中得到的并网有功功率调节性能指标由大到小的顺序，优先降低排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率降低到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值。

图1中步骤6描述的是若调控中心需要增加新能源电站的并网有功功率，则进入步骤7）；否则，进入步骤9）。

图1中步骤7描述的是根据设定的权系数，针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，通过以下公式（4）来计算出考虑其在步骤2）中得到的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标，进入步骤8）；

$S_k=\frac{A_{p.k}+{\mathrm{\λA}}_{c.k}}{1+\mathrm{\λ}}---\left(4\right)$

其中，k=1,2,…,G_in，G_in为当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中新能源电站的总数，λ为设定的新能源电站并网有功功率预测精度与新能源电站并网有功功率调节性能指标之间的权系数，用于反映调控中心对新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能两者的不同重视程度，通常取值在0.5-1.5之间，若λ等于1，表示对并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能同等对待，λ大于1，表示对并网有功功率调节性能更为重视，λ小于1，表示对并网有功功率预测精度更为重视，A_p.k为步骤2）中得到的第k个新能源电站的并网有功功率预测精度，A_c.k为步骤2）中得到的第k个新能源电站的并网有功功率调节性能指标，S_k为第k个新能源电站当前时刻考虑其并网有功功率预测精度与新能源电站并网有功功率调节性能指标的综合性能指标。

图1中步骤8描述的是，首先，针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，根据紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值和步骤2）中得到的并网有功功率预测精度，通过公式（5）来确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限；

P_l.max.t＝A_p.l ^βP_l.p.t  （5）

其中，l=1,2,…,G_in，G_in为需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中新能源电站的总数，P_l.p.t为第l个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，A_p.l为步骤2）中得到的第l个新能源电站的并网有功功率预测精度，β为设定的系数，用于反映按不同的置信度来确定并网有功功率调控指令执行值的上限，通常取值在0.5-1之间，β取值大，表示按较高的置信度确定并网有功功率调控指令执行值的上限，β取值小，表示按较低的置信度确定并网有功功率调控指令执行值的上限，P_l.max.t为第l个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限。

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限小于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值与其当前时刻并网有功功率实际值的差值之和等于需要增加的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤9）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率增加总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组增加的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先增加排序在后的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的上限后，再增加排序紧排其前的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤7）中得到的考虑其并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标由大到小的顺序，优先增加排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率增加到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限后，再增加排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值。

图1中步骤9描述的是按步骤5）、步骤8）中确定的当前时刻新能源电站并网有功功率的调控指令执行值，对相应的新能源电站进行实时控制，结束本方法。

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 (5)

1.基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤:

1）若根据此时电网安全稳定运行的要求，调控中心需要对新能源电站的并网有功功率进行控制，则进入步骤2）；否则，结束本方法；

2）通过以下方法对参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标分别进行计算，进入步骤3）：

首先，将当前时刻之前各个新能源电站在各自的每个并网有功功率考核时间段内的相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值用直线相连，得到与各个新能源电站的每个并网有功功率考核时间段相对应的并网有功功率预测折线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则将新能源电站的各个并网有功功率预测折线分别作为其在相应的并网有功功率考核时间段的并网有功功率预测曲线；

若新能源电站的所有并网有功功率预测折线所对应的时间段总长度不等于其所有并网有功功率考核时间段的总长度，则对其中时间段长度小于相应的并网有功功率考核时间段长度的并网有功功率预测折线进行以下处理：若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的第1个并网有功功率预测时刻晚于相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻，则将连接新能源电站的第一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向前延伸至相应的并网有功功率考核时间段的起始时刻；若在该并网有功功率考核时间段内新能源电站的最后1个并网有功功率预测时刻早于相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻，则将连接新能源电站的最后一组相邻两个预测时刻的并网有功功率预测值的直线，按其斜率向后延伸至相应的并网有功功率考核时间段的结束时刻；最后将经过上述处理的新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测折线，作为新能源电站在该并网有功功率考核时间段内的并网有功功率预测曲线；

然后，根据调控中心对各个新能源电站在并网有功功率考核时间段内的并网有功功率控制模式，分别从当前时刻之前各个新能源电站的并网有功功率考核时间段中确定出各个新能源电站的并网有功功率不受限时间段和并网有功功率受限时间段；

针对并网有功功率不受限时间段内新能源电站并网有功功率预测曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，采用均方根误差公式计算出新能源电站的并网有功功率预测精度；

针对并网有功功率受限时间段内新能源电站并网有功功率调控指令曲线与其并网有功功率实际曲线进行等时间间隔的数据抽样，采用均方根误差公式计算出新能源电站的并网有功功率调节性能指标；

3）首先，依据当前时刻新能源电站的并网有功功率控制对电网安全稳定裕度变化的控制性能代价比指标的相近程度，分别针对各个新能源电站并网有功功率控制组内的新能源电站进行分群，使得属于同1群的新能源电站的控制性能代价比指标的绝对值与该群中所有新能源电站的控制性能代价比指标绝对值中的最大值的比值大于设定门槛值，对于无法与其它新能源电站构成1个群的新能源电站，则作为单独的1个新能源电站群，得到各个新能源电站并网有功功率控制组内新能源电站的分群结果；

所述新能源电站并网有功功率控制性能代价比指标是指因新能源电站并网有功功率控制而引起的电网安全稳定裕度变化量与其并网有功功率变化量之比；

所述新能源电站并网有功功率控制组是指由1个或多个共同分摊并网有功功率调整量的新能源电站组成的集合；

然后，针对每个新能源电站并网有功功率控制组，分别从各个新能源电站群中任选出1个新能源电站，作为对新能源电站并网有功功率控制组内的各个新能源电站群进行排序的依据，按各个新能源电站群中选出的新能源电站的控制性能代价比指标由小到大的顺序对新能源电站并网有功功率控制组内的所有新能源电站群进行排序，得到各个新能源电站并网有功功率控制组的新能源电站群排序表，进入步骤4）；

4）若调控中心需要降低新能源电站的并网有功功率，则进入步骤5）；否则，进入步骤6）；

5）首先，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中的各个新能源电站，根据其当前时刻并网有功功率调控指令执行值的下限、当前时刻并网有功功率的最大值、紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，以及步骤2）得到的新能源电站并网有功功率预测精度，确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限；

所述设定时限是指调控中心对当前时刻新能源电站并网有功功率实施控制的时限要求；

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限大于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的当前时刻并网有功功率实际值与其并网有功功率调控指令执行值的差值之和等于需要减少的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤6）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率降低总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组降低的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先降低排序在前的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤2）中得到的并网有功功率调节性能指标由大到小的顺序，优先降低排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率降低到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限后，再降低排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值；

6）若调控中心需要增加新能源电站的并网有功功率，则进入步骤7）；否则，进入步骤9）；

7）针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，分别计算其在步骤2）中得到的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的加权平均值，作为考虑新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标，进入步骤8）；

8）首先，针对当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，根据紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值和步骤2）中得到的并网有功功率预测精度，确定其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限；

然后，针对当前时刻需要降低并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站，若其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限小于其当前时刻并网有功功率实际值的新能源电站，则直接将其并网有功功率调控指令执行值设定为紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限，在后续的并网有功功率调控指令执行值的搜索中不再做调整，否则，将其当前时刻并网有功功率实际值设定为其并网有功功率调控指令执行值的初值；

再将当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值与其当前时刻并网有功功率实际值的差值之和等于需要增加的并网有功功率总量作为目标函数，考虑以下a）-d）约束要求，搜索各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值，若有解，则进入步骤9）；否则，结束本方法；

a）属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群的并网有功功率增加总量等于当前时刻需要该新能源电站并网有功功率控制组增加的并网有功功率量；

b）对于属于同一个新能源电站并网有功功率控制组的所有新能源电站群，按步骤3）中得到的新能源电站群排序表，优先增加排序在后的新能源电站群的并网有功功率，直至该新能源电站群中所有新能源电站的并网有功功率调控指令执行值均已设定为其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控执行值的上限后，再增加排序紧排其前的新能源电站群的并网有功功率；

c）对于属于同一个新能源电站群的各个新能源电站，按步骤7）中得到的考虑其并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标的综合性能指标由大到小的顺序，优先增加排序在前的新能源电站的并网有功功率，直至该新能源电站的并网有功功率增加到其紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限后，再增加排序紧随其后的新能源电站的并网有功功率；

d）针对当前时刻电网的所有安全稳定输电断面，因当前时刻需要调整并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的并网有功功率调控指令执行值的变化而引起的输电断面有功功率增加量，小于等于电网安全稳定输电断面当前时刻的极限功率与其当前时刻有功功率实际值的差值；

9）按上述步骤中确定的当前时刻新能源电站并网有功功率的调控指令执行值，对相应的新能源电站进行实时控制，结束本方法。

2.根据权利要求1所述的基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，其特征在于，在步骤2）中分别通过公式（1）和公式（2）计算参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的并网有功功率预测精度和并网有功功率调节性能指标：

$A_{p.i}=1-\sqrt{\frac{1}{M_i}\underset{k_1=1}{\overset{M_i}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{P_{p.i.k_1}-P_{r.i.k_1}}{P_{x.i.k_1}}\right)}^2}---\left(1\right)$

$A_{c.i}=1-\sqrt{\frac{1}{N_i}\underset{k_2=1}{\overset{N_i}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{P_{c.i.k_2}-P_{r.i.k_2}}{P_{x.i.k_2}}\right)}^2}---\left(2\right)$

其中，i=1,2,…,G，G为参与当前时刻并网有功功率控制的新能源电站的总数，M_i为第i个新能源电站在当前时刻之前的所有并网有功功率不受限时间段内新能源电站并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，

和

分别为第i个新能源电站的第k₁个数据抽样点的并网有功功率预测值、并网有功功率实际值和开机容量，A_p.i为第i个新能源电站的并网有功功率预测精度；N_i为第i个新能源电站在当前时刻之前的所有并网有功功率受限时间段内新能源电站并网有功功率的调控指令曲线的数据抽样点总数，和

分别为第i个新能源电站的第k₂个数据抽样点的并网有功功率调控指令执行值、并网有功功率实际值和开机容量，A_c.i为第i个新能源电站的并网有功功率调节性能指标。

3.根据权利要求1所述的基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，其特征在于，在步骤5）中通过公式（3）来确定所选择的新能源电站群中各个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限：

$P_{j.\min .t}=(2-{A_{p.j}}^{\mathrm{\α}})P_{j.p.t}\frac{P_{j.\min 0}}{P_{j.\max 0}}---\left(3\right)$

其中，j=1,2,…,G_de，G_de为选择的新能源电站群中新能源电站的总数，P_j.min0和P_j.max0分别为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站当前时刻的并网有功功率调控指令执行值的下限和并网有功功率最大值，P_j.p.t为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，A_p.j为步骤2）中得到的所选择的新能源电站群中第j个新能源电站的并网有功功率预测精度，α为设定的系数，P_j.min.t为所选择的新能源电站群中第j个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的下限。

4.根据权利要求1所述的基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，其特征在于，在步骤7）中通过公式（4）来计算出当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站的综合性能指标：

$S_k=\frac{A_{p.k+}\mathrm{\λ}{A}_{c.k}}{1+\mathrm{\λ}}---\left(4\right)$

其中，k=1,2,…,G_in，G_in为当前时刻需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中新能源电站的总数，λ为设定的新能源电站并网有功功率预测精度与新能源电站并网有功功率调节性能指标之间的权系数，A_p.k为步骤2）中得到的第k个新能源电站的并网有功功率预测精度，A_c.k为步骤2）中得到的第k个新能源电站的并网有功功率调节性能指标，S_k为第k个新能源电站当前时刻考虑其并网有功功率预测精度与新能源电站并网有功功率调节性能指标的综合性能指标。

5.根据权利要求1所述的基于预测调节性能和安全约束的新能源并网功率控制方法，其特征在于，在步骤8）中通过公式（5）来确定需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中各个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限：

$P_{l.\max .t}={A_{p.l}}^{\mathrm{\β}}{P}_{l.p.t}---\left(5\right)$

其中，l=1,2,…,G_in，G_in为需要增加并网有功功率的所有新能源电站并网有功功率控制组中新能源电站的总数，P_l.p.t为第l个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率预测值，A_p.l为步骤2）中得到的第l个新能源电站的并网有功功率预测精度，β为设定的系数，P_l.max.t为第l个新能源电站紧随当前时刻之后设定时限点所对应的并网有功功率调控指令执行值的上限。

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