CN106602613B - 一种省地两级调度断面协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种省地两级准实时断面协调控制方法，其特征是，地调首先根据省调下发的本断面限值及相邻地调输送功率的限值，计算出本地调新能源最大的发电功率，再实时监测相邻区域输送功率限值的利用情况，如果未充分利用，通过控制新能源场站增发利用相邻区域未充分利用的输送容量；如果相邻区域已经超过输送限值，仍然按照原有的断面限值进行控制，同时统计超发限值并协助省调进行相关考核指标计算。本发明所达到的有益效果：通过在省调侧统一计算各个地调的新能源发电空间，再在地调侧实时监测断面运行状态再对发电空间进行修正，能够在保证电网输电断面安全的前提下，对输电断面的输电能力进行充分利用，实现对新能源的最大化消纳。

Description

一种省地两级调度断面协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种省地两级调度断面协调控制方法，属于电力系统有功控制技术领域。

背景技术

风力发电是目前除水电外，技术最成熟、经济效益最好的一种可再生能源发电方式。随着国内多个千万千瓦级风电基地的开工建设，电网在保证安全稳定运行及保证有功控制性能的前提下全部消纳风电的难度逐渐增大，同时对电网调度和有功控制也提出了更高的要求。

大规模风电并网后，风电爬坡和下坡速率过快，“反调峰”、间歇特性大大增加了电网对常规能源调节备用容量需求，提高了调节资源性能要求，降低了电网运行经济性。从当前已并网风电的有功控制情况看，尽管很多风电场具备接受远方控制的能力，但出于风电有功控制经验缺乏及风电资源最大化利用等原因，风电有功控制尚处于跟踪日前计划的阶段，风电场日前计划受风功率预测精度及全网系统负荷预测结果影响，风电有功控制较为粗犷，风电资源利用效果不佳。

因此，为了充分实现风电资源最大化利用，就必须摒弃现有的计划值控制模式，将风电场引入常规AGC控制，进行风电与常规能源的一体化及区别控制，实现基于风电接纳能力的风电与常规能源的协调控制。

在现有技术中，电力系统中针对风电接入的有功控制技术有如下方法，具体结合相关文献进行简单论述：

现有技术1：文献一《大量风电引入电网时的频率控制特性》(电力系统自动化2008年第32卷第1期第29页)在深入分析异步电动机频率特性的基础上，采用所开发的电力扰动装置对不同转矩特性的异步电动机的频率特性进行了测试。基于加权综合的思路建立了包含异步电动机的综合负荷的频率特性模型，同时分析了风力发电的出力特性。通过对一个包含风力发电的电网进行分析,论证了考虑负荷频率特性以后,在同样电网调频能力的情况下,频率波动的偏差会变小。

现有技术2：文献二《双馈变速风电机组频率控制的仿真研究》(电力系统自动化2007年第31卷第7期第61页)以双馈变速风电机组模型为基础，根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程，在电力系统仿真软件中增加了频率控制环节，在系统频率变化时，双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能，相应增加或者减少有功出力，实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性，并证明了通过增加附加频率控制环节，风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。

上述文献分别从风电机组和风电场模型及特性、电参与电网一、二次频率控制技术等不同层面披露了风电接入后的有功调度技术，但并未涉及大规模风电接入与常规能源协调控制策略与控制方法。

现有技术3：文献三《一种计及电网安全约束的风电优化调度方法》(电力系统自动化2010年第34卷第15期第71页)提出了一种根据风电功率预测、电网负荷预测和省间联络线计划，计及电网安全稳定等约束条件，制定风电场出力计划的优化调度方法。文章提出的方法主要为网省调度机构协调优化安排常规能源机组，预留风电出力空间保证风电场有功出力在安全区域内稳定运行，为电网最大程度的接纳风电创造条件。

文献三提出的风电优化调度方法，通过合理安排日前计划做到系统运行经济性和风电最大程度接入的平衡，并通过风电场跟踪安全区域曲线保证风电接入后电网安全稳定运行。从网省调资源协调，资源调用方式优化以及电网安全角度等不同层面披露了风电接入后的电网和风电场的有功功率控制技术，但是并未从实时控制和AGC角度分析风电与常规能源协调对风电场有功功率控制技术进行论述。

现有技术4：文献四《System control of large scale wind power by use ofautomatic generation control(AGC)》(Quality and Security of Electric PowerDelivery Systems,2003.CIGRE/PES 2003.CIGRE/IEEE PES International Symposium8-10Oct.2003，On page(s):15-21)提出了将风电实际发电功率与计划发电功率偏差引入AGC控制，从电力市场角度分析风电接入与系统控制问题。

文献四主要从电力市场角度分析风电实际出力与计划出力的偏差平衡问题，当风电场实际出力与计划出力有偏差时，偏差部分引入AGC控制，由AGC自动调用其他能源满足功率偏差需求，实现风电资源的消纳、功率平衡及频率稳定。文献四讨论的问题局限于风电场实际出力与计划出力偏差，主要观点为讨论风电场计划完成问题，并未研究在大规模风电场接入后对电网安全稳定产生影响时风电消纳问题。

现有技术5：文献五《Research on Active Power Real-Time Dispatching ofWind Farm Integration》(Power and Energy Engineering Conference(APPEEC),2010Asia-Pacific,28-31March 2010,On page(s):1–4)分析了大规模风电场的功率特性，提出了大规模风电场接入电网的弹性调度方法，通过仿真和对比分析研究，文献五认为风电场应该根据超短期负荷预报的结果预留一部分调节容量以应对频率一次和二次调整，以减少风电场功率波动，提高电网运行稳定性和经济性。

文献五从风电场预留调节容量角度分析减小大规模风电接入后风电间歇性对电网产生的不利影响，但要求风电场根据超短期负荷预报结果预留一部分调节容量有悖于当前新能源发展政策中尽量消纳风电资源的基本要求。

综上所述，作为现有技术中比较常用的一些技术手段，总体上对于当前风电大规模并网运行后,省调将新能源场站下放到地调进行调度和控制的操作性和实际效果上都不是很尽如人意，存在着一定的技术问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种省地两级调度断面协调控制方法，针对地区级调度送出断面中包含相邻地调送出功率的断面安全控制现状，提出了一种充分利用地区调度送出断面的输送能力的技术方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在省调AGC(Automatic Generation Control)应用中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制；

2)在地调AGC中建立一个新能源控制区域，实施新能源有功控制，其控制目标保证地调送出断面不越限，控制对象为由地调调管的新能源场站；

3)在地调AGC中的新能源控制区建立新能源场站的控制对象模型；

4)在省调AGC的主控制区域的AGC模型中建立各个地区送出断面的联络线模型，省调AGC根据能量管理系统的网络分析应用，获取每个断面的物理输送限值；

5)在完成省调AGC控制区域模型、地调AGC控制区域模型、联络线模型和新能源场站控制模型后，按照最大化新能源消纳原则进行省地两级调度断面协调控制；

6)各个地调根据接收到省调AGC下发的新能源发电空间后：

对于处于电网末端地调，控制新能源场站有功不超过省调下发的新能源发电空间；

对于处于电网输电节点的地调，在满足断面安全限值的情况下，采用相应的控制策略；

7)省调AGC再下发完各个地调的新能源发电空间后，再实时监测各个地调新能源实际发电以及各个送出断面实际送出功率情况：

如果各个输送断面实际输送功率不越限，不进行考核，否则进行考核。

进一步地，所述步骤1)中主控制区域的控制目标为维持电网的频率在控制范围内，或为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或上述两个控制目标同时满足。

进一步地，所述步骤3)中控制对象模型的控制参数包括额定调节范围、装机容量、分担因子、命令死区、最大命令、远方可控信号、增减闭锁信号和遥测调节上下限。

进一步地，所述步骤5)中在进行省地两级调度断面协调控制时包括如下步骤：

51)由地调AGC上送本地区未来15分钟的负荷预测和新能源发电预测，再由省调AGC综合考虑各个地调的负荷、新能源发电、由省调调管但地理位置处于地调的发电机的发电计划以及地调送出断面的物理限值，计算各个地调新能源发电空间，计算公式为V_wind-i＝L_i-tie-(G_i-pro-Load_i)-G_i-tie，式中：V_wind-i为第i个地调新能源总的发电空间，L_i-tie为第i个地调送出断面的物理送出限值，G_i-pro为第i个地调中由省调调管机组的发电计划值，Load_i为第i个地调的负荷，G_i-tie为第i个地调中由其他地调输入总功率；

52)对于处于电网末端(即不存在其他地调输入有功)的地调，如果发电空间大于新能源的发电预测值，根据步骤51)中计算得到新能源发电空间作为本地调新能源的最大发电，该地调新能源AGC按照新能源的最大发电对新能源场站进行控制；

53)对于处于电网互联节点的地调，有其他地调输入有功，如果计算得到的新能源发电空间大于本地调新能源发电预测值，将计算得到的新能源发电空间作为该地调新能源最大发电；如果该新能源发电空间小于该地调新能源发电预测值，该超出部分量需要在所有利用该输电通道的地调中，分配策略为式中：△V_i为第i个地调的发电空间修正量，△V为新能源发电空间大于本地调新能源发电预测值的部分，C_i为第i个地调新能源的总装机容量，n为所有利用该断面输电的地调个数；

54)按照步骤53)得到每个地调的越限修正量后，将这个量再叠加到每个地调的初始新能源发电空间上，作为最终的新能源的最大发电；

省调AGC再将计算得到的各个地调新能源最大发电实时发送到各个地调AGC中，地调AGC再根据省调AGC下发的新能源发电空间对新能源场站进行有功控制。

进一步地，所述步骤6)对于处于电网输电节点的地调所采用的控制策略具体为：

在得到省调下发的新能源发电空间的同时，实时监测关键断面的输送有功是否满足断面安全要求；

如果本地调新能源发电不大于省调下发的新能源发电空间的前提下，若关键断面仍有输送空间，将剩余的输送空间再分配给新能源场站，提高新能源消纳水平；

如果处于电网输送节点的地调监测到关键断面超出断面限值，通过控制地调调管的新能源场站保证关键断面输送功率不超过断面限值，同时记录本地调为保证断面输送功率不越限而少发的新能源电量，以及各个地调输入的有功功率，并发送告警至省调AGC，由省调AGC修改各个地调的发电空间或实施相关考核。

进一步地，所述步骤7)中对于送出断面出现输送功率越限情况时：

a)如果电网末端地调的送出断面出现输送功率越限情况，根据越限功率积分电量，再乘以惩罚因子作为新能源上网电量扣减量，对地调实施电量考核；

b)如果电网互联断面出现断面越限导致断面所处地调新能源少发情况，实时统计所有利用该断面的地调新能源实际发电和发电空间之间差值，所有超发的地调将超发电量乘以惩罚因子作为补偿量补偿给少发的地调。

优选地，所述惩罚因子选取1.5。

本发明所达到的有益效果：本方法通过在省调侧统一计算各个地调的新能源发电空间，再在地调侧实时监测断面运行状态再对发电空间进行修正，能够在保证电网输电断面安全的前提下，对输电断面的输电能力进行充分利用，实现对新能源的最大化消纳。

附图说明

图1是实施例的省地两级调度断面协调控制模型原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施例中步骤7中所涉及的惩罚因子选取1.5。

如图1所示，是本实施例中有关省地两级调度断面协调控制原理图。

图中全网为省调控制区，三个圆圈为三个地调控制区(地调A，地调B和地调C)，其中地调A和地调B为电网末端地调，均只有送出通道，没有受入通道。地调C为电网输送节点的地调，存在其他地调受入通道，也有送出通道，送出通道为关键输送断面。

在实施省地两级调度断面协调控制时：

首先在省调AGC建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制,主控制区域的控制目标为维持电网的频率在控制范围内，或为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或上述两个控制目标同时满足。

再在三个地调中建立新能源控制区域，实施新能源有功控制。

在省调AGC主控制区域AGC模型中建立各个地区送出断面的联络线模型，如图中红色圆点互联所示。

进行省地两级调度断面协调控制时：

首先由三个地调AGC上送本地区未来15分钟的负荷预测、新能源发电预测，再由省调AGC综合考虑各个地调的负荷、新能源发电、由省调调管但地理位置处于地调的发电机的发电计划以及地调送出断面的物理限值，计算三个个地调新能源发电空间。

对于处于电网末端的地调A和地调B，如果发电空间大于新能源的发电预测值，那么计算得到新能源发电空间就是本地调新能源的最大发电，该地调新能源AGC按照新能源的最大发电对新能源场站进行控制。

对于地调B，如果计算得到的新能源发电空间大于本地调新能源发电预测值，那么计算得到的新能源发电空间就是该地调新能源最大发电。如果该新能源发电空间小于该地调新能源发电预测值，那么该超出部分量需要在所有利用该输电通道的地调中进行分配。

按照步骤53)中的公式进行分配，得到每个地调的越限修正量后，将这个量再叠加到每个地调的初始新能源发电空间上，作为最终的新能源的最大发电。

省调AGC再将计算得到的各个地调新能源最大发电实时发送到各个地调AGC中，地调AGC再根据省调AGC下发的新能源发电空间对新能源场站进行有功控制。

三个地调根据接收到省调AGC下发的新能源发电空间后，对于地调A和地调B主要负责控制新能源场站有功不超过省调下发的新能源发电空间。对于地调C，为充分利用关键断面的输送能力，在得到省调下发的新能源发电空间的同时，实时监测关键断面C的输送有功是否满足断面安全要求，如果本地调新能源发电不大于省调下发的新能源发电空间的前提下，如果断面C仍有输送空间，将剩余的输送空间再分配给新能源场站，提高新能源消纳水平。

如果地调C监测到关键断面C超出断面限值，通过控制地调调管的新能源场站保证关键断面输送功率不超过断面限值，同时记录本地调为保证断面输送功率不越限而少发的新能源电量，以及地调A和地调B输入的有功功率，并发送告警至省调AGC，由省调AGC修改各个地调的发电空间或实施相关考核。省调AGC再下发完各个地调的新能源发电空间后，再实时监测各个地调新能源实际发电以及各个送出断面(断面A，断面B和断面C)实际送出功率情况。如果各个输送断面实际输送功率不越限，不进行考核。如果电网末端地调的送出断面出现输送功率越限情况，根据越限功率积分电量，再乘以惩罚因子作为新能源上网电量扣减量，对地调实施电量考核。如果断面C出现断面越限导致地调C新能源少发，则实时统计所有利用该断面的地调新能源实际发电和发电空间之间差值，所有超发的地调将超发电量乘以惩罚因子作为补偿量补偿给少发的地调C。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在省调AGC应用中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制；

2)在地调AGC中建立一个新能源控制区域，实施新能源有功控制，其控制目标保证地调送出断面不越限，控制对象为由地调调管的新能源场站；

3)在地调AGC中的新能源控制区建立新能源场站的控制对象模型；

4)在省调AGC的主控制区域的AGC模型中建立各个地区送出断面的联络线模型，省调AGC根据能量管理系统的网络分析应用，获取每个断面的物理输送限值；

5)在完成省调AGC控制区域模型、地调AGC控制区域模型、联络线模型和新能源场站控制模型后，按照最大化新能源消纳原则进行省地两级调度断面协调控制，在进行省地两级调度断面协调控制时包括如下步骤：

51)由地调AGC上送本地区未来15分钟的负荷预测和新能源发电预测，再由省调AGC综合考虑各个地调的负荷、新能源发电、由省调调管但地理位置处于地调的发电机的发电计划以及地调送出断面的物理限值，计算各个地调新能源发电空间，计算公式为V_wind-i＝L_i-tie-(G_i-pro-Load_i)-G_i-tie，式中：V_wind-i为第i个地调新能源总的发电空间，L_i-tie为第i个地调送出断面的物理送出限值，G_i-pro为第i个地调中由省调调管机组的发电计划值，Load_i为第i个地调的负荷，G_i-tie为第i个地调中由其他地调输入总功率；

52)对于处于电网末端的地调，如果发电空间大于新能源的发电预测值，根据步骤51)中计算得到新能源发电空间作为本地调新能源的最大发电，该地调新能源AGC按照新能源的最大发电对新能源场站进行控制；

53)对于处于电网互联节点的地调，有其他地调输入有功，如果计算得到的新能源发电空间大于本地调新能源发电预测值，将计算得到的新能源发电空间作为该地调新能源最大发电；如果该新能源发电空间小于该地调新能源发电预测值，该地调新能源发电预测值超出该新能源发电空间部分量需要在所有利用处于电网互联节点的地调送出的输电通道的地调中，分配策略为式中：ΔV_i为第i个地调的发电空间修正量，ΔV为新能源发电空间大于本地调新能源发电预测值的部分，C_i为第i个地调新能源的总装机容量，n为所有利用该断面输电的地调个数；

54)按照步骤53)得到每个地调的越限修正量后，将这个量再叠加到每个地调的初始新能源发电空间上，作为最终的新能源的最大发电；

省调AGC再将计算得到的各个地调新能源最大发电实时发送到各个地调AGC中，地调AGC再根据省调AGC下发的新能源发电空间对新能源场站进行有功控制；

6)各个地调根据接收到省调AGC下发的新能源发电空间后：

对于处于电网末端地调，控制新能源场站有功不超过省调下发的新能源发电空间；

对于处于电网输电节点的地调，在满足断面安全限值的情况下，实时监测关键断面的输送有功是否满足断面安全要求，并根据监测结果采用相应的控制策略；

7)省调AGC再下发完各个地调的新能源发电空间后，再实时监测各个地调新能源实际发电以及各个送出断面实际送出功率情况：

如果各个输送断面实际输送功率不越限，不进行考核，否则进行考核。

2.根据权利要求1所述的一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，所述步骤1)中主控制区域的控制目标为维持电网的频率在控制范围内，或为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或上述两个控制目标同时满足。

3.根据权利要求1所述的一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，所述步骤3)中控制对象模型的控制参数包括额定调节范围、装机容量、分担因子、命令死区、最大命令、远方可控信号、增减闭锁信号和遥测调节上下限。

4.根据权利要求1所述的一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，所述步骤6)对于处于电网输电节点的地调所采用的控制策略具体为：

在得到省调下发的新能源发电空间的同时，实时监测关键断面的输送有功是否满足断面安全要求；

如果本地调新能源发电不大于省调下发的新能源发电空间的前提下，若关键断面仍有输送空间，将剩余的输送空间再分配给新能源场站，提高新能源消纳水平；

如果处于电网输送节点的地调监测到关键断面超出断面限值，通过控制地调调管的新能源场站保证关键断面输送功率不超过断面限值，同时记录本地调为保证断面输送功率不越限而少发的新能源电量，以及各个地调输入的有功功率，并发送告警至省调AGC，由省调AGC修改各个地调的发电空间或实施相关考核。

5.根据权利要求1所述的一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，所述步骤7)中对于送出断面出现输送功率越限情况时：

a)如果电网末端地调的送出断面出现输送功率越限情况，根据越限功率积分电量，再乘以惩罚因子作为新能源上网电量扣减量，对地调实施电量考核；

b)如果电网互联断面出现断面越限导致断面所处地调新能源少发情况，实时统计所有利用该断面的地调新能源实际发电和发电空间之间差值，所有超发的地调将超发电量乘以惩罚因子作为补偿量补偿给少发的地调。

6.根据权利要求5所述的一种省地两级调度断面协调控制方法，其特征是，所述惩罚因子选取1.5。