CN107069835A - 新能源电站实时有功的分配方法及分配装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新能源电站实时有功的分配方法，包括：对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；根据实时出力和实时有功指令分配系数计算得到各发电机组群的有功调节份额，得到各发电机组群的初始指令值；根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；根据各发电机组群的有功调节份额以及出力的上下限约束进行计算，使各发电机组群的有功调节份额小于上下限约束，得到更新后的各个发电机组群的有功指令值，并按照各个发电机组群的有功指令值分配有功指令。本发明还提供一种分配装置。本发明提供的新能源电站实时有功的分配方法能够快速、准确的对电站进行有功控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源电站实时有功的分配方法及分配装置，尤其涉及一种适用于大型和中型新能源电站的实时有功的分配方法及分配装置。
背景技术
近年来，以风力发电和光伏发电为代表的可再生能源发电技术在我国快速发展。由于我国风光资源主要分布在“三北地区”，使我国风电和光电呈现出大规模集中接入的特点，产生了许多大型新能源电站。大型新能源电站，包括风电、光伏、风光、风储、光储和风光储联合电站等，其常常具有性能各异的多种发电机组，且机组数目庞大，这些发电机组的监测和联合运行难度非常大。而电网要求新能源电站要能够实现良好的有功和无功控制，使得电站有功、无功基本控制的准确性、快速性成为新能源电站健康运行的关键。
传统的有功指令分配主要参考发电机组的实时有功出力，进行加权平均，然而由于未考虑机组的有功调节能力和实际的有功约束等，很可能造成指令分配不合理，难以快速准确的对电站进行有功控制。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种能够快速、准确的对电站进行有功控制的新能源电站实时有功的分配方法及分配装置。
一种新能源电站实时有功的分配方法，其中，所述方法包括：
对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算各发电机组群的有功调节份额，并确定各发电机组群的初始指令值；
根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
以各发电机组群的有功指令值不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，利用所述各发电机组群的有功调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，确定各个发电机组群的实时有功指令分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值。
在其中一个实施例中，根据实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，得到各发电机组群的有功指令值包括：
根据实时出力和实时有功指令分配系数xi计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
在其中一个实施例中，所述实时有功指令分配系数通过各发电机组群的额定功率、N-M经济系数以及边界约束系数计算：
其中PN.i是第i个发电机组群的额定功率，ttest.i是第i个发电机组群的单机20％PN有功阶梯试验总调节时间的中位数，k(N-M).i是第i个发电机组群的N-M经济系数，kbd.i是第i个发电机组群的边界约束系数。
在其中一个实施例中，所述根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束的步骤包括：
根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i：
其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，PN.i是第i个发电机组群的额定功率；
获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得到出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i；
其中ktrip.i为不脱网可靠系数。
在其中一个实施例中，所述各发电机组群的有功指令值Pref.i满足：
在其中一个实施例中，按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值包括：
判断发电机组群有功指令值是否超出上下限约束；
若发电机组群有功指令值超出上下限约束，则：
将超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0；
计算各发电机组群有功指令值超出各发电机组群出力上下限约束的部分△Pbd.i；
若发电机组群有功指令值未超出上下限约束，则：
将对应发电机组群的△Pbd.i置0，并更新发电机组群的边界约束系数；
计算所有发电机组群中超出发电机组群有功指令值上下限约束的部分之和；
使用更新的边界约束系数，重新计算各发电机组群的实时有功指令分配系数；
将所有发电机组群超出上下限约束的部分之和△Pbd按照确定后的发电机组群的实时有功指令分配系数进行分配，得到更新后的各发电机组群分配的有功调节份额△Pr3.i；
根据更新后的各发电机组群分配的有功调节份额△Pr3.i，更新各发电机组群的有功指令值，并判断发电机组群的有功指令值是否超出上下限约束，若仍有发电机组群存在超出上下限约束的有功调节份额，则将相应超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0后，再进行迭代计算，直到无发电机组群超出出力上下限约束。
在其中一个实施例中，所述按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值包括：
将从第一次到最后一次迭代计算超出约束的调节份额累加得到超出约束的调节份额总量；
将从第一次到最后一次迭代计算分配的调节份额累加得到调节份额总量；
根据各发电机组群的实时出力、初始有功调节份额、超出约束的调节份额总量以及调节份额总量，获得发电机组群的有功指令值。
一种新能源电站实时有功的分配装置，其中，所述装置包括：
发电机组群划分模组，用于对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
指令值获取模块，用于根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算得到各发电机组群的有功调解调节份额，并得到确定各发电机组群的初始指令值；
约束模块，用于根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
指令值更新模块，用于以各发电机组群的有功调节份额指令值小于不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，根据利用上述所述各发电机组群的有功调解调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，使各发电机组群的有功调节份额小于上下限约束，得到更新后的确定各个发电机组群的实时有功指令值分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值分配有功指令。
在其中一个实施例中，所述指令值更新模块还用于：
根据实时出力和实时有功指令分配系数xi计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
在其中一个实施例中，所述约束模块包括：
上限获取模块，用于根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i：
其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，PN.i是第i个发电机组群的额定功率；
下限获取模块，用于获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得到出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i；
其中ktrip.i为不脱网可靠系数。
与传统技术相比较，通过引入出力上下限约束，考虑电站各个发电机组群的有功调节能力，得到实时有功分配系数，通过计算得到所有发电机组群的实时有功指令，该方法易于操作，能够快速、准确的对电站进行有功控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的新能源电站实时有功的分配方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的新能源电站实时有功的分配装置的结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明提供的新能源电站实时有功的分配方法及分配装置。
请参阅图1，本发明实施例提供的新能源电站实时有功的分配方法，包括如下步骤：
步骤S10，对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
步骤S20，根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算得到各发电机组群的有功调解调节份额，并得到确定各发电机组群的初始指令值；
步骤S30，根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
步骤S40，以各发电机组群的有功调节份额指令值不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，根据利用上述所述各发电机组群的有功调解调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，使各发电机组群的有功调节份额小于上下限约束，得到更新后的确定各个发电机组群的实时有功指令值分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新后的各个发电机组群的有功指令值分配有功指令。
作为其中一个实施例，在步骤S10中，由于大型新能源电站，发电机组数目众多，将地理位置相近的同一类发电机组归为一个发电机组群。具体的，该发电机组可根据不同区域内地形的不同进行划分，地形基本相同或相似的区域内的同类发电机组，可以作为一个发电机组群。对于不同的地形区域，可以先按照地形区域的范围进行划分，将相同地形内的同一类发电机组作为发电机组群。对于同一地形区域，例如没有影响风速的山岭沟壑的区域中，可选择直径10公里、或10公里*10公里范围内的同一类发电机组作为一个发电机组群。另外，选择区域的范围还可以根据风速的需要进行选择。
作为其中一个实施例，在步骤S20中，可以根据各发电机组群的初始实时有功指令分配系数和实时出力计算各个发电机组群初始的有功调节份额。实时有功指令分配系数是各个发电机组群的分配权重，表达形式是x1:x2:～:xi:～:xn，其中xi为第i个发电机组群的分配系数。
具体的，根据实时出力和实时有功指令分配系数可计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
作为其中一个实施例，实时有功指令分配系数通过各发电机组群的额定功率、N-M经济系数以及边界约束系数计算：
其中PN.i是第i个发电机组群的额定功率，ttest.i是第i个发电机组群的单机20％PN有功阶梯试验总调节时间的中位数，k(N-M).i是第i个发电机组群的N-M经济系数，kbd.i是第i个发电机组群的边界约束系数。其中20％PN的有功阶梯测试是根据国家电网标准执行的(Q/GDW 630-211，风电场功率调节能力和电能质量测试规程)，是额定功率PN的20％。中位数是指有功阶梯测试的总调节时间的中位数，测试的步骤上会有多次测试结果，每个结果都会有一个总调节时间，由于实际因素很多上下浮动很大，所以平均值参考价值有限，取有功阶梯测试的中位数。
发电机组的单机20％PN有功阶梯试验总调节时间是发电机组有功调节能力的直接体现，且易于获得，可由发电机组的有功测试报告直接得到。发电机组群均为同一类发电机组，所以可由单台发电机组的有功控制测试结果表征发电机组群的有功调节能力。
发电机组群的N-M经济系数是在实际运行中，考虑到经济因素等有时需要某一个或几个发电机组群保持出力不变，不参与或少参与有功出力调节，即N-M经济模式。N-M经济模式常常与不同发电形式上网电价和不同发电机组控制成本有关，如光伏上网电价高于风电。k(N-M)取值在[0,1]区间。
发电机组群的边界约束系数的初始值可设为1，当任一发电机组群出力达到上限或下限时，在下一轮的有功调节中不再参与，则使其边界约束系数赋值为0。在第一轮分配系数开始计算时边界约束系数初始值全部为1，通过公式(2)能够得到初始实时有功指令分配系数。
在步骤S30中，各发电机组群出力的上下限约束可通过以下方法获得：
根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i为：
其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，可取1.05～1.2。
获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得其出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i (4)
其中ktrip.i为不脱网可靠系数，可取1.2～1.5。
由式(3)、(4)可得各发电机组群的有功指令值Pref.i应满足：
在步骤S40中，通过式(1)、(2)计算得到第一轮所有各发电机组群的初始有功调节份额△Pr1.i后，然后根据式(5)判定发电机组群指令值是否超出出力上下限约束。
在其中一个实施例中，若发电机组群指令值超出上下限约束，则：
将超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0；
计算各发电机组群指令值超出各计算发电机组群出力上下限约束的部分△Pbd.i：
若发电机组群指令值未超出上下限约束，则：
将对应发电机组群的△Pbd.i置0，并更新边界约束系数；
计算所有发电机组群中超出发电机组群指令值上下限约束的部分之和：
ΔPbd＝∑ΔPbd.i (7)
然后使用更新的边界约束系数，重新计算发电机组群的实时有功指令分配系数；
将△Pbd按照新的发电机组群的实时有功指令分配系数进行分配，得到更新后的发电机组群分配的调节份额△Pr3.i。
以此类推，若仍有发电机组群存在超出上下限约束的调节份额，则将相应超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0后，再进行迭代计算，直到无发电机组群超出出力边界。
进一步，将从第一次到最后一次迭代计算超出约束的调节份额累加得到超出约束的调节份额总量△P∑bd.i；将从第一次到最后一次迭代计算第3轮分配的调节份额累加得到调节份额总量△P∑r3.i。
最终可得发电机组群的有功指令值为：
全站经过三轮的计算得到各个发电机组群的有功指令值，全站一个指令周期内，发电机组群通过以上计算方法进行多次实时有功指令分配。
请一并参阅图2，本发明实施例进一步提供一种新能源电站实时有功的分配装置，所述装置包括：
发电机组群划分模组110，用于对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
指令值获取模块120，用于根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算得到各发电机组群的有功调解调节份额，并得到确定各发电机组群的初始指令值；
约束模块130，用于根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
指令值更新模块140，用于以各发电机组群的有功调节份额指令值小于不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，根据利用上述所述各发电机组群的有功调解调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，使各发电机组群的有功调节份额小于上下限约束，得到更新后的确定各个发电机组群的实时有功指令值分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值分配有功指令。
在其中一个实施例中，所述指令值更新模块140还用于：
根据实时出力和实时有功指令分配系数xi计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
在其中一个实施例中，该约束模块130包括：
上限获取模块131，用于根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i：
其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，PN.i是第i个发电机组群的额定功率；
下限获取模块133，用于获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得到出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i；
其中ktrip.i为不脱网可靠系数。
上述实施例提供的新能源电站实时有功的分配方法及分配装置，通过引入出力上下限约束，考虑电站各个发电机组群的有功调节能力，获得实时有功指令分配系数，通过实时有功指令分配系数计算更新得到所有发电机组群的实时有功指令，该方法易于操作、具有普适性，能够快速、准确的对电站进行有功控制，适用于大型和中型的新能源电站，不限于风电、光伏、风光、风储、光储和风光储联合电站，也不限于一定的发电机组和发电机组群数量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种新能源电站实时有功的分配方法，其特征在于，所述方法包括：
对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算各发电机组群的有功调节份额，并确定各发电机组群的初始指令值；
根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
以各发电机组群的有功指令值不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，利用所述各发电机组群的有功调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，确定各个发电机组群的实时有功指令分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，得到各发电机组群的有功指令值包括：
根据实时出力和实时有功指令分配系数xi计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
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其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时有功指令分配系数通过各发电机组群的额定功率、N-M经济系数以及边界约束系数计算：
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其中PN.i是第i个发电机组群的额定功率，ttest.i是第i个发电机组群的单机20％PN有功阶梯试验总调节时间的中位数，k(N-M).i是第i个发电机组群的N-M经济系数，kbd.i是第i个发电机组群的边界约束系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束的步骤包括：
根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i：
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其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，PN.i是第i个发电机组群的额定功率；
获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得到出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i；
其中ktrip.i为不脱网可靠系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述各发电机组群的有功指令值Pref.i满足：
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6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值包括：
判断发电机组群有功指令值是否超出上下限约束；
若发电机组群有功指令值超出上下限约束，则：
将超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0；
计算各发电机组群有功指令值超出各发电机组群出力上下限约束的部分△Pbd.i；
若发电机组群有功指令值未超出上下限约束，则：
将对应发电机组群的△Pbd.i置0，并更新发电机组群的边界约束系数；
计算所有发电机组群中超出发电机组群有功指令值上下限约束的部分之和；
使用更新的边界约束系数，重新计算各发电机组群的实时有功指令分配系数；
将所有发电机组群超出上下限约束的部分之和△Pbd按照确定后的发电机组群的实时有功指令分配系数进行分配，得到更新后的各发电机组群分配的有功调节份额△Pr3.i；
根据更新后的各发电机组群分配的有功调节份额△Pr3.i，更新各发电机组群的有功指令值，并判断发电机组群的有功指令值是否超出上下限约束，若仍有发电机组群存在超出上下限约束的有功调节份额，则将相应超出上下限约束的发电机组群的边界约束系数kbd.i置0后，再进行迭代计算，直到无发电机组群超出出力上下限约束。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值包括：
将从第一次到最后一次迭代计算超出约束的调节份额累加得到超出约束的调节份额总量；
将从第一次到最后一次迭代计算分配的调节份额累加得到调节份额总量；
根据各发电机组群的实时出力、初始有功调节份额、超出约束的调节份额总量以及调节份额总量，获得发电机组群的有功指令值。
8.一种新能源电站实时有功的分配装置，其特征在于，所述装置包括：
发电机组群划分模组，用于对发电机组进行划分，将地理位置相近的同类发电机组归为一个发电机组群，得到多个发电机组群；
指令值获取模块，用于根据实时出力和初始实时有功指令分配系数，计算得到各发电机组群的有功调解调节份额，并得到确定各发电机组群的初始指令值；
约束模块，用于根据各发电机组群出力的预测数据，获得各发电机组群出力的上下限约束；
指令值更新模块，用于以各发电机组群的有功调节份额指令值小于不超出各发电机组群出力的上下限约束为优化条件，根据利用上述所述各发电机组群的有功调解调节份额以及出力的上下限约束进行迭代计算，使各发电机组群的有功调节份额小于上下限约束，得到更新后的确定各个发电机组群的实时有功指令值分配系数，并按照该实时出力和实时有功指令分配系数调整各发电机组群的有功调节份额，更新各个发电机组群的有功指令值分配有功指令。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述指令值更新模块还用于：
根据实时出力和实时有功指令分配系数xi计算得到第i个机组群有功调节份额△Pi为：
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<mfenced open = "{" close = "">
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</mrow>
其中下标i指第i个发电机组群，Preal.i是各发电机组群的实时出力，Pref.i是各发电机组群的指令值，△P是全站有功指令值与实时有功出力的差值。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述约束模块包括：
上限获取模块，用于根据发电机组群的发电功率超短期预测数据或短期预测数据，计算各发电机组群出力上限Pmax.i：
<mrow>
<mfenced open = "{" close = "">
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</mrow>
其中Pfc.i为预测发电功率，kfc.i为预测可靠系数，PN.i是第i个发电机组群的额定功率；
下限获取模块，用于获取发电机组群保持所有发电机组均不停机的最小有功功率Ptrip.i，得到出力下限Pmin.i：
Pmin.i≥ktrip.iPtrip.i；
其中ktrip.i为不脱网可靠系数。
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