CN104037815B - 消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法针对光伏发电汇集区域可能出现的功率越限问题，以光伏电站有功出力为控制变量，以各光伏电站的有功功率调节能力为约束条件，以消除电网传输断面越限和各光伏电站出力更加均衡为目标，建立二次规划模型，并利用内战法进行高效求解。本方法可集成在运行于调度控制中心的光电有功自动控制主站系统，使该系统能够根据光伏电站和电网的实时运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网断面的有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度和光电利用最大化。

Description

消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，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方法对光伏电站与电网连接线路断面有功功率进行控制，即当光伏电站与电网连接线路断面的有功功率越限时，运行人员凭借运行经验采取控制策略以解除连接线路断面有功功率的越限。这种方法依赖于运行人员的经验，难以准确快速地解除断面有功功率的越限，也难以同时兼顾线路断面安全与光伏电站运行的经济性。

发明内容

本发明的目的是提出一种消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，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光伏电站与电网连接线路断面安全的控制需求。

本发明提出的消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，包括以下步骤：

(1)设需要监视的光伏电站与电网连接线路断面的集合为Ω^s，计算光伏电站第i个断面的实时有功功率为：

$p_i^s=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{i,j}^{\mathrm{line}}$

其中，为属于断面i的第j条输电线路的有功功率；

(2)设上述连接线路断面集合Ω^s中有功功率越限的断面集合为Ω^s,v：

其中，为光伏电站与电网连接线路断面i的有功功率上限；

(3)若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v为空，则将各光伏电站的有功功率调整量设置为0，并进行步骤(7)，若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v非空，则进行步骤(4)；

(4)建立如下光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制目标函数：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_k^{w,c}}{\min }(W^c\·\underset{k\∈{\mathrm{\Ω}}^{s,v}}{\mathrm{\Σ}}{(p_k^s+\mathrm{\Δ}{p}_k^{s,c}+{\mathrm{\ϵ}}^s-{\stackrel{\‾}{p}}_k^s)}^2+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^s,v为有功功率越限的断面集合，ε^s为设定的光伏电站与电网连接线路断面的控制死区，取值为1兆瓦，一般由人工设定，Ω^w为与电网相连接的受控光伏电站集合，为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的越限校正调节量，分别为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的实时有功功率和有功功率上限，其中由电网调度中心给出，r_i ^w为第i个光伏电站的负载偏差率，W^c、W^r分别为权重系数，W^c取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设置光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制的约束条件，包括：

(5-1)光伏电站有功功率校正量Δp^w,c与光伏电站和电网连接线路断面的有功功率变化量Δp^s,c的关系满足下式：

Δp^s,c＝S^sw·Δp^w,c

其中，S^sw表示光伏电站有功功率对光伏电站与电网连接线路断面的有功功率灵敏度矩阵，从电网调度中心获取；

(5-2)设定光伏电站有功功率调节方向约束为：

$\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,c}=\left\{\begin{array}{c}\≤0,S_i^{\mathrm{sw}}\≠0\\ =0,S_i^{\mathrm{sw}}=0\end{array}\right.$

其中，为上述有功功率灵敏度矩阵S^sw中的第i个光伏电站的有功功率变化对有功功率越限断面的有功灵敏度；

(5-3)光伏电站有功功率约束：

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

其中，分别为第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限和估计最大有功功率；

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

(7)根据上述有功功率调整量，对光伏电站的有功功率进行调整，实现光伏电站与电网连接线路断面有功功率越限的控制。

本发明提出的消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，其特点和效果是，本方法针对光伏发电汇集区域可能出现的功率越限问题，以光伏电站有功出力为控制变量，以各光伏电站的有功功率调节能力为约束条件，以消除电网传输断面越限和各光伏电站出力更加均衡为目标，建立二次规划模型，并利用内战法进行高效求解。本方法可集成在运行于调度控制中心的光电有功自动控制主站系统，使该系统能够根据光伏电站和电网的实时运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网断面的有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度和光电利用最大化。

具体实施方式

本发明提出的消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，包括以下步骤：

(1)光伏电站与电网连接线路断面一般由若干条输电线路组成，设需要监视的光伏电站与电网连接线路断面的集合为Ω^s，计算光伏电站第i个断面的实时有功功率为：

$p_i^s=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{i,j}^{\mathrm{line}}$

其中，为属于断面i的第j条输电线路的有功功率；

(2)设上述连接线路断面集合Ω^s中有功功率越限的断面集合为Ω^s,v：

其中，为光伏电站与电网连接线路断面i的有功功率上限，由电网调度中心给出；

(3)若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v为空，代表当前光伏电站与电网连接线路断面中无越限断面，则将各光伏电站的有功功率调整量设置为0，并进行步骤(7)，若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v非空，则进行步骤(4)；

(4)建立如下光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制目标函数：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_k^{w,c}}{\min }(W^c\·\underset{k\∈{\mathrm{\Ω}}^{s,v}}{\mathrm{\Σ}}{(p_k^s+\mathrm{\Δ}{p}_k^{s,c}+{\mathrm{\ϵ}}^s-{\stackrel{\‾}{p}}_k^s)}^2+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^s,v为有功功率越限的断面集合，ε^s为设定的光伏电站与电网连接线路断面的控制死区，取值为1兆瓦，一般由人工设定，Ω^w为与电网相连接的受控光伏电站集合，为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的越限校正调节量，分别为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的实时有功功率和有功功率上限，其中由电网调度中心给出，满足电网安全稳定需要，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，W^c、W^r分别为权重系数，一般有W^c>W^r，在实际应用中，W^c取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设置光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制的约束条件，包括：

(5-1)光伏电站有功功率校正量Δp^w,c与光伏电站和电网连接线路断面的有功功率变化量Δp^s,c的关系满足下式：

Δp^s,c＝S^sw·Δp^w,c

其中，S^sw表示光伏电站有功功率对光伏电站与电网连接线路断面的有功功率灵敏度矩阵，从电网调度中心获取；

(5-2)光伏电站有功功率对光伏电站与电网连接线路断面的灵敏度一般为正或者为近似于零。为了避免对越限断面影响很小的光伏电站参与有功功率调整，同时避免出现增加光伏电站有功功率出力的与校正方向相反的控制指令，设定光伏电站有功功率调节方向约束为：

$\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,c}=\left\{\begin{array}{c}\≤0,S_i^{\mathrm{sw}}\≠0\\ =0,S_i^{\mathrm{sw}}=0\end{array}\right.$

其中，为上述有功功率灵敏度矩阵S^sw中的第i个光伏电站的有功功率变化对有功功率越限断面的有功功率灵敏度；

(5-3)光伏电站有功功率约束：

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

其中，分别为第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限和估计最大有功功率，其中的有功功率下限和估计最大有功功率由电网调度中心给出；

(6)通过内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)构造的二次规划数学模型，得到以消除光伏电站与电网连接线路断面越限为目标的光伏电站的有功功率调整量

(7)根据上述有功功率调整量，对光伏电站的有功功率进行调整，实现光伏电站与电网连接线路断面有功功率越限的控制。

本发明提出的消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，其中涉及的光伏电站负载偏差率r_i ^w，用于表征各光伏电站的负载率与平均负载率的偏差，满足如下关系：

$r_i^w=\frac{p_i^w}{c_i^w\·{\stackrel{\‾}{p}}_i^w}-\stackrel{\‾}{r^w}$

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

$\stackrel{\‾}{r^w}=\frac{\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{p}_i^w}{\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(c_i^w\·{\stackrel{\‾}{p}}_i^w)}$

其中，Ω^w为所有的受控光伏电站集合，为光伏电站上送的第i个光伏电站的最大出力预测值。c^w为光伏电站考核打分指标，用于定量描述光伏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)

1.一种消除电网传输功率越限的光伏电站有功功率自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)设需要监视的光伏电站与电网连接线路断面的集合为Ω^s，计算光伏电站第i个断面的实时有功功率为：

$p_i^s=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{p}_{i,j}^{line}$

其中，为属于断面i的第j条输电线路的有功功率；

(2)设上述连接线路断面集合Ω^s中有功功率越限的断面集合为Ω^s,v：

其中，为光伏电站与电网连接线路断面i的有功功率上限；

(3)若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v为空，则将各光伏电站的有功功率调整量设置为0，并进行步骤(7)，若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v非空，则进行步骤(4)；

(4)建立如下光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制目标函数：

$\underset{{\mathrm{\Δp}}_k^{w,c}}{\min }(W^c\·\underset{k\∈{\mathrm{\Ω}}^{s,v}}{\Σ}{\left(p_k^s+{\mathrm{\Δp}}_k^{s,c}+{\mathrm{\ϵ}}^s-{\stackrel{\‾}{p}}_k^s\right)}^2+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\Σ}{\left(r_i^w\right)}^2)$

其中：Ω^s,v为有功功率越限的断面集合，ε^s为设定的光伏电站与电网连接线路断面的控制死区，取值为1兆瓦，由人工设定，Ω^w为与电网相连接的受控光伏电站集合，为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的越限校正调节量，分别为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的实时有功功率和有功功率上限，其中由电网调度中心给出，为第i个光伏电站的负载偏差率，W^c、W^r分别为权重系数，W^c取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设置光伏电站与电网连接线路断面越限校正控制的约束条件，包括：

(5-1)光伏电站有功功率校正量Δp^w,c与光伏电站和电网连接线路断面的有功功率变化量Δp^s,c的关系满足下式：

Δp^s,c＝S^sw·Δp^w,c

其中，S^sw表示光伏电站有功功率对光伏电站与电网连接线路断面的有功功率灵敏度矩阵，从电网调度中心获取；

(5-2)设定光伏电站有功功率调节方向约束为：

${\mathrm{\Δp}}_i^{w,c}=\left\{\begin{array}{c}\≤0,S_1^{sw}\≠0\\ =0,S_i^{sw}=0\end{array}\right.$

其中，为上述有功功率灵敏度矩阵S^sw中的第i个光伏电站的有功功率变化对有功功率越限断面的有功功率灵敏度；

(5-3)光伏电站有功功率约束：

${\underset{\‾}{p}}_i^w\≤p_i^w+{\mathrm{\Δp}}_i^{w,c}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^w$

其中，分别为第i个光伏电站的实时有功功率、有功功率下限和估计最大有功功率；

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

(7)根据上述有功功率调整量，对光伏电站的有功功率进行调整，实现光伏电站与电网连接线路断面有功功率越限的控制。