CN104253443B - 一种虚拟小水电群有功快速调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟小水电群有功快速调节方法，具体的实现过程为：实时扫描接收实时计划基点功率、AGC调节功率，当接收到调节指令时下发给各小水电站；检测外送断面各联络线有功功率，当任一联络线传输有功接近稳定极限时，接收到的有功调节指令按各小水电站对该条联络线灵敏度大小优先级安排分配量；当无联络线传输有功达到稳定极限，则计算各条联络线相对整个断面有功波动量比值，并计算该比值与各小水电站对该联络线灵敏度乘积，将各条联络线的乘积相加得到各小水电对断面波动量与灵敏度乘积指标，按该指标大小安排有功调节指令分配优先级。本发明能快速响应调度下发有功调节指令，能更有效地抑制因风电引起的外送断面有功波动。

Description

一种虚拟小水电群有功快速调节方法

技术领域

本发明涉及含新能源电力系统运行与控制技术领域，尤其是涉及一种虚拟小水电群有功快速调节方法。

背景技术

本发明中的实际电网是重要的能源基地，由煤炭、水、风能、太阳能、煤层气等资源构成。在该电网众多电源中，火电和大型水电占据主导，同时风电和小水电资源也极为充裕，呈现出风电资源丰富、小水电规模化的特点。所以，大规模间歇性的风电、径流式小水电接入对电网产生较大影响，利用新能源电站本身的有功调节能力是抑制间歇性电源对主网影响的有效手段。

当前，在新能源电站有功调控中，有大量研究对诸如风电场、光伏电站、储能装置、燃气轮机的有功调节。例如国外有采用功率平滑控制技术，1次、2次调频技术来对风电场进行有功调节；又例如并网型光伏电站通过配置储能装置进行有功协调控制，使其具有可控性；也有利用风电、水电互补特性，进行季节性、调峰、小时级的协调控制。但在以上这些新能源电站有功调节方式中，均存在着损失电站有功出力、增大设备投资成本、调节缺乏快速性等问题，并未得到广泛推广应用。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种充分发挥实际电网规模化小水电群优势，在风电、径流式小水电等间歇性电源出力最大化及投资成本最小化前提下，就地利用具有一定有功调节能力的小水电群参与系统有功调节，从而减小间歇性电源接入对电网影响的一种虚拟小水电群有功快速调节方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种虚拟小水电群有功快速调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：实时计算虚拟小水电群有功可调节容量上限下限每5秒上传一次给调度；

步骤2：实时扫描基点功率设置指令P_set和AGC调节指令ΔP_AGC，计算当前总有功调节指令目标值ΔP_Σ：读取各小水电站实时出力P_hi，得到并根据ΔP_Σ的数值以及ΔP_Σ分别与的比较结果进行如下选择步骤的操作：

选择步骤1：当ΔP_Σ＝0或或不进行以下步骤，整个调节结束；

选择步骤2：当ΔP_Σ≠0，且各联络线传输有功P_k均在其稳定极限范围内，即P_k<(1-γ_k)P_{k_max}时，按照指标优先级分配有功调节指令ΔP_Σ；其中，P_{k_max}，γ_k分别为第k条联络线有功功率传输稳定极限和稳定裕度，的计算方法如下：

首先读取第k条联络线当前时刻传输有功P_k(n)与前1时刻传输有功P_k(n-1)，计算有功偏差量：

ΔP_k＝P_k(n)-P_k(n-1)

计算各联络线有功波动对断面总有功波动比值：

然后将对应的各联络线灵敏度S_ki与ΔP_k％相乘，计算各小水电站对各联络线指标S_ki*ΔP_k％进而计算各小水电站对断面各联络线综合指标

根据大小进行排序，确定各小水电站分配有功指令优先级；对优先级为i(i＝1开始)的小水电站根据ΔP_Σ与最大可增出力ΔP_imax的比较结果进行下述步骤；

比较结果一：当ΔP_Σ>0，比较最大可增出力与ΔP_Σ；

其中，当H_ji>H_N时，式中：当H_ji≤H_N时，式中：

上式中，为小水电站i可上调有功，H_N为水电机组额定水头，H_ji为第i个电站第j台机组实际水头，P_GNji为第i个电站第j台机组额定有功，P_hi为第i个电站实际有功，为机组空载流量标幺值，Δf_i为小水电站i出口频率偏差，R_i机组调差系数；

若：ΔP_imax<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝P_imax，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

若：ΔP_imax>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ；

比较结果二：当ΔP_Σ<0时，比较电站最大可减出力P′_i＝P_hi-Δf_i/R_i与ΔP_Σ：

若：P′_i<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝P′_i，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

若：P′₁>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ；

选择步骤3：当ΔP_Σ≠0，且任一条联络线达到稳定极限，即P_k≥(1-γ_k)P_{k_max}时，按小水电站对各联络线灵敏度优先级分配总有功调节指令ΔP_Σ，具体分配算法同选择步骤2。

在上述的一种虚拟小水电群有功快速调节方法，所述选择步骤2中，如果优先级为i的小水电站不能分配完ΔP_Σ，则由优先级更低一级的小水电站按照选择步骤2继续分配，直到ΔP_Σ全部分配完成或分配到最后一个小水电站。

因此，本发明具有如下优点：1、多个分散的小水电群构成的整体有功调节能力强，能快速响应调度指令；2、该技术能有效减小因风电引起的外送断面有功波动；3、该技术能预防控制外送断面联络线稳定越限；4、该技术参与调节电站和机组数量最少，能减少调节机组批量频繁动作次数；5、对具有规模化小水电的实际电网，该技术可示范推广。

附图说明

图1为本发明采用的某实际电网网架图。

图2为本发明控制算法流程图。

图3为本发明小水电站1有功调节图。

图4为本发明小水电站2有功调节图。

图5为本发明小水电站3有功调节图。

图6为本发明小水电站4有功调节图。

图7为本发明小水电站5有功调节图。

图8为本发明控制断面联络线1传输有功波动抑制图。

图9为本发明控制断面联络线2传输有功波动抑制图。

图10为本发明控制断面联络线3传输有功波动抑制图。

图11为本发明控制断面联络线4传输有功波动抑制图。

图12为本发明控制断面联络线5传输有功波动抑制图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明的虚拟小水电群有功快速调节方法，以实际电网为对象，如图1所示。地区电网通过5条联络线构成的断面与主网连接，区域A内主要由大型火电厂、大规模风电和小水电站供电。本发明中选取5个小水电站构成虚拟小水电群。下述步骤3、4中涉及到的核心控制算法流程由图2给出。

一种虚拟小水电群有功快速调节方法，包括以下步骤：

步骤1：实时计算虚拟小水电群有功可调节容量上限下限每5秒上传一次给调度；

步骤2：实时扫描基点功率设置指令P_set和AGC调节指令ΔP_AGC，计算当前总有功调节指令目标值ΔP_Σ：读取各小水电站实时出力P_hi，得到并根据ΔP_Σ的数值以及ΔP_Σ分别与的比较结果进行如下选择步骤的操作：

选择步骤1：当ΔP_Σ＝0或或不进行以下步骤。

选择步骤2：当ΔP_Σ≠0，且各联络线传输有功P_k均在其稳定极限范围内，即P_k<(1-γ_k)P_{k_max}时，按照指标优先级分配有功调节指令ΔP_Σ(其中，P_{k_max}，γ_k分别为第k条联络线有功功率传输稳定极限和稳定裕度)，的计算方法如下：

首先读取第k条联络线当前时刻传输有功P_k(n)与前1时刻传输有功P_k(n-1)，计算有功偏差量：

ΔP_k＝P_k(n)-P_k(n-1)

计算各联络线有功波动对断面总有功波动比值：

然后将对应的各联络线灵敏度S_ki与ΔP_k％相乘，计算各小水电站对各联络线指标S_ki*ΔP_k％|进而计算各小水电站对断面各联络线综合指标

根据大小进行排序，确定各小水电站分配有功指令优先级。对优先级为i(i＝1开始)的小水电站根据ΔP_Σ与最大可增出力ΔP_imax的比较结果进行下述步骤：

比较结果一：当ΔP_Σ>0，比较最大可增出力与ΔP_Σ：

当H_ji>H_N时，式中：

当H_ji≤H_N时，式中：

上式中，为小水电站i可上调有功，H_N为水电机组额定水头，H_ji为第i个电站第j台机组实际水头，P_GNji为第i个电站第j台机组额定有功，P_hi为第i个电站实际有功，为机组空载流量标幺值，Δf_i为小水电站i出口频率偏差，R_i机组调差系数。

如果ΔP_imax<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝P_imax，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

如果ΔP_imax>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ。

比较结果二：当ΔP_Σ<0时，比较电站最大可减出力P′_i＝P_hi-Δf_i/R_i与ΔP_Σ：

如果P′_i<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝P′_i，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

如果P′₁>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ。

最后，如果优先级为i的小水电站不能分配完ΔP_Σ，则由优先级更低的小水电站按照步骤4继续分配，直到ΔP_Σ全部分配完成或分配到最后一个小水电站。

选择步骤3：当ΔP_Σ≠0，且任一条联络线达到稳定极限，即P_k≥(1-γ_k)P_{k_max}时，按小水电站对各联络线灵敏度优先级分配总有功调节指令ΔP_Σ，具体分配算法同选择步骤2。

下面，是按照上述方法的具体实施例，设调度下发有功目标指令ΔP_Σ＝40MW，按照以上分配控制算法，得到仿真效果图如图3-图12所示。图3-图7中显示了虚拟小水电群参与有功调节过程中各小水电站有功分配量大小及调节过程，图8-图12显示了控制断面各联络线有功波动抑制效果。通过比较本发明有功分配控制算法、平均分配与指标逆序分配三种情况，表明本发明的有功分配控制算法能更有效地减小断面有功波动及单条联络线最大有功波动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种虚拟小水电群有功快速调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：实时计算虚拟小水电群有功可调节容量上限下限每5秒上传一次给调度；

步骤2：实时扫描基点功率设置指令P_set和AGC调节指令ΔP_AGC，计算当前总有功调节指令目标值ΔP_Σ：读取各小水电站实时出力P_hi，得到

并根据ΔP_Σ的数值以及ΔP_Σ分别与的比较结果进行如下选择步骤的操作：

选择步骤1：当ΔP_Σ＝0或或不进行以下步骤，整个调节结束；

选择步骤2：当ΔP_Σ≠0，且各联络线传输有功P_k均在其稳定极限范围内，即P_k＜(1-γ_k)P_{k_max}时，按照指标优先级分配有功调节指令ΔP_Σ；其中，P_{k_max}，γ_k分别为第k条联络线有功功率传输稳定极限和稳定裕度，的计算方法如下：

首先读取第k条联络线当前时刻传输有功P_k(n)与前1时刻传输有功P_k(n-1)，计算有功偏差量：

ΔP_k＝P_k(n)-P_k(n-1)

计算各联络线有功波动对断面总有功波动比值：

<mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;P</mi> <mi>k</mi> </msub> <mi>%</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;P</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>/</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>5</mn> </munderover> <msub> <mi>&amp;Delta;P</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow>

然后将对应的各联络线灵敏度S_ki与ΔP_k％相乘，计算各小水电站对各联络线指标S_ki*ΔP_k％，进而计算各小水电站对断面各联络线综合指标

根据大小进行排序，确定各小水电站分配有功指令优先级；对优先级为r的小水电站根据ΔP_Σ与最大可增出力ΔP_imax的比较结果进行下述步骤，其中r从1开始；

比较结果一：当ΔP_Σ＞0，比较最大可增出力与ΔP_Σ；

其中，当H_ji＞H_N时，式中：当H_ji≤H_N时，式中：

<mrow> <msubsup> <mi>&amp;Delta;P</mi> <mi>i</mi> <mo>+</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msqrt> <msubsup> <mi>H</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> </msqrt> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Q</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Q</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>*</mo> </msup> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>N</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

上式中，ΔP_i ⁺为小水电站i可上调有功，H_N为水电机组额定水头，H_ji为第i个电站第j台机组实际水头，P_GNji为第i个电站第j台机组额定有功，P_hi为第i个电站实际有功，为机组空载流量标幺值，Δf_i为小水电站i出口频率偏差，R_i机组调差系数；

若：ΔP_imax<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_imax，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

若：ΔP_imax>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ；

比较结果二：当ΔP_Σ＜0时，比较电站最大可减出力P_i′＝P_hi-Δf_i/R_i与ΔP_Σ：

若：P_i′<ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝P_i′，尚有有功调节指令目标值ΔP_Σ′＝ΔP_Σ-ΔP_hi，由优先级次之的小水电站继续调节；

若：P₁′>ΔP_Σ，该小水电站有功调节量为ΔP_hi＝ΔP_Σ；

选择步骤3：当ΔP_Σ≠0，且任一条联络线达到稳定极限，即P_k≥(1-γ_k)P_{k_max}时，按小水电站对各联络线灵敏度优先级分配总有功调节指令ΔP_Σ，具体分配算法同选择步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟小水电群有功快速调节方法，其特征在于，所述选择步骤2中，如果优先级为r的小水电站不能分配完ΔP_Σ，则由优先级更低一级的小水电站按照选择步骤2继续分配，直到ΔP_Σ全部分配完成或分配到最后一个小水电站。