CN104035475B - 兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法以参与有功功率自动控制的光伏电站有功为控制变量，以电网安全约束和光伏电站有功调节能力为约束条件，以弃光量最小和各光伏电站有功负载率偏差最小为双重目标，构造二次规划问题，利用内点法高效求解，在保证电网安全的前提下，优先利用光电资源，兼顾各光伏电站之间的公平调度。本方法可集成在光伏发电有功功率控制主站系统中，以实时根据光伏发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网有足够下旋备安全空间，光伏电站与电网连接线路断面有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度。

Description

兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。

背景技术

光资源的强随机性、预测困难、反调峰等特点使得电网有功调度控制愈加困难。如何在保证电网安全的前提下，最大程度利用光伏发电资源，尽可能多地消纳光伏发电已经成为目前各个光伏发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对光伏发电接入后的有功功率调度控制进行了大量研究，并取得一系列研究和应用成果。实际现场运行经验表明，在有功功率调度控制体系中引入分钟级的快速光伏发电调度实时控制，对保障电网安全，减少弃光损失可以起到显著作用。

目前，工程现场主要采用启发式人工控制方法对光伏电站有功功率进行控制，即当电网存在安全问题，需要降低光伏电站有功功率时，运行人员凭借运行经验直接切除1个或者多个光伏电站或者将弃光量平均分配到各个光伏电站。这种方法依赖于运行人员的经验，难以保证调度的公平性，同时当电网安全不受限，存在光电接纳空间时，人工控制方式无法及时恢复光伏电站有功功率，而导致不必要的弃光。

发明内容

本发明的目的是提出一种兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法克服现有技术的不足之处，以适应目前光伏发电的快速波动化以及电网安全、最小弃光和公平调度的多重控制需求。

本发明提出的兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的光伏电站有功功率采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w、有功功率下限估计最大有功功率各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}}{\min }(W^p\·(\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o})+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站的集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的弃光调整量，r_i ^w为第i个光伏电站的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p>W^r，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限、弃光调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：

${\underset{\‾}{p}}_i^w\≤p_i^w+\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃光调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\Δ}{p}^{w,o}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有光伏电站的弃光调整量满足以下关系式：

$\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,o}\≤\max \{\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(p_i^w-{\underset{\‾}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限；

(4-4)设定光伏发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的光伏电站有功功率 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到光伏电站有功功率调整量；

(6)以上述光伏电站有功功率调整量对光伏电站进行控制，实现基于以最小弃光控制为目标的电力系统光伏电站公平调度。

本发明提出的兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，其特点和效果是:以参与有功功率自动控制的光伏电站有功为控制变量，以电网安全约束和光伏电站有功调节能力为约束条件，以弃光量最小和各光伏电站有功负载率偏差最小为双重目标，构造二次规划问题，并利用成熟的内点法高效求解，在保证电网安全的前提下，优先利用光电资源，并兼顾各光伏电站之间的公平调度。本方法可集成在调度中心运行的光伏发电有功功率控制主站系统中，使该系统能够实时根据光伏发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网有足够下旋备安全空间，并且光伏电站与电网连接线路断面有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度。

具体实施方式

本发明提出的兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的光伏电站有功功率采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w、有功功率下限估计最大有功功率各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}}{\min }(W^p\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o})+W^r\&CenterDot;\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站的集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的弃光调整量，r_i ^w为第i个光伏电站的负载偏差率，用于表征各光伏电站的负载率与平均负载率的偏差，目标函数中的促使弃光控制后最大程度地利用电网对光伏发电容量进行消纳，减少光伏电站弃光，目标函数中的促使各光伏电站向其有功功率更加均衡的方向发展，即负载率偏差接近于零，W^p、W^r分别为权重系数，为了优化保证最小弃光，一般有W^p>W^r。在实际应用中，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限、弃光调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：保证越限校正控制后光伏电站有功功率在其最小出力和其估计最大出力之间。

${\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w\&le;p_i^w+\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃光调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：以保证越限校正控制后各光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率小于有功功率上限，其中的主要受电网稳定约束限制的光伏电站与电网之间连接线路断面的最大有功功率，

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\&Delta;}{p}^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有光伏电站的弃光调整量满足以下关系式：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;\max \{\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(p_i^w-{\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限。总弃光调整量小于可消纳光伏发电容量约束，避免由于光伏发电有功功率过大，引起电网的频率安全问题，即AGC机组下旋备不足或者联络线实时有功功率值偏离计划过多；

(4-4)设定光伏发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的光伏电站有功功率 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 $\mathrm{\&Delta;}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 $\mathrm{\&Delta;}{p}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；本约束避免弃光调整量与控制目标出现相反的调节方向(比如在需要弃光时，产生某光伏电站增加有功出力的不合理指令)。

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到以最小弃光并兼顾光伏电站间公平调度为目标的光伏电站有功功率调整量；

(6)以上述光伏电站有功功率调整量对光伏电站进行控制，实现基于以最小弃光控制为目标的电力系统光伏电站公平调度。

本发明提出的兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法中，自动发电控制机组，是指电网中参与自动发电控制的发电机组。自动发电控制(Automatic GenerationControl,AGC)是电力系统有功功率调整和频率控制的一种，AGC是电力系统调度自动化的主要内容之一，利用调度中心侧监控计算机、远动通道、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。

本发明方法中涉及的自动发电控制机组下旋备，用来表征机组有功功率最大的可下调空间。设机组i的有功功率当前值为有功功率下限为则机组i的有功功率下旋备的定义为： $p_i^{\mathrm{cap}}=p_i^{\mathrm{curr}}-p_i^{\min }.$

本发明方法中涉及的光伏发电站负载偏差率用于表征各光伏发电站的负载率与平均负载率的偏差，满足如下关系：

${r_i}^w=\frac{p_i^w}{c_i^w\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w}-\stackrel{\&OverBar;}{r^w}$

其中为光伏发电站平均负载率，是为了充分调动各光伏发电站跟踪控制中心调度指令的积极性而引入光伏发电站，并作为光伏发电公平调度的依据，满足如下关系：

$\stackrel{\&OverBar;}{r^w}=\frac{\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{p}_i^w}{\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(c_i^w\&CenterDot;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w)}$

其中，Ω^w为所有的受控光伏发电站集合，为光伏发电站上送的第i个光伏发电站的最大出力预测值。c^w为光伏发电站考核打分指标，用于定量描述光伏发电站对电网的友好接入程度，主要由调度运行人员人工确定并周期更新(月度/周度)，满足0≤c^w≤1。

Claims (1)

1.一种兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统中采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心获取电网可接纳的光伏电站有功功率采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w、有功功率下限p ^w、估计最大有功功率各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s和有功功率上限

(2)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(3)建立兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的目标函数，如下：

$\underset{{\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o}}{\min }(W^p\&CenterDot;({\mathrm{\&Delta;p}}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o})+W^r\&CenterDot;\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站的集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的弃光调整量，r_i ^w为第i个光伏电站的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p>W^r，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(4)设定兼顾电网安全和弃光最小的光伏电站有功自动控制方法的约束条件，包括：

(4-1)第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限、弃光调整量和估计最大有功功率之间满足以下关系式：

${\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w\&le;p_i^w+{\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^w;$

(4-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和弃光调整量Δp^w,o之间的关系满足下式：

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}{{\mathrm{\&Delta;p}}_i}^{w,o}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{p}}_i^s;$

(4-3)电网中所有光伏电站的弃光调整量满足以下关系式：

$\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o}\&le;\max \{{\mathrm{\&Delta;p}}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}^w}{\mathrm{\&Sigma;}}(p_i^w-{\underset{\&OverBar;}{p}}_i^w)\}$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限；

(4-4)设定光伏发电有功功率调节的方向约束，当电网可接纳的光伏电站有功功率 ${\mathrm{\&Delta;p}}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}>0,$ 使 ${\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o}\&GreaterEqual;0$ i∈Ω^w，当 ${\mathrm{\&Delta;p}}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}<0$ 时，使 ${\mathrm{\&Delta;p}}_i^{w,o}\&le;0$ i∈Ω^w；

(5)通过内点法求解上述步骤(3)和步骤(4)的二次规划数学模型，得到光伏电站有功功率调整量；

(6)以上述光伏电站有功功率调整量对光伏电站进行控制，实现基于以最小弃光控制为目标的电力系统光伏电站公平调度。