CN108039734B - 一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法 - Google Patents

一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法 Download PDF

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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

本申请涉及发电控制系统技术领域，具体涉及一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法。本申请提供的可再生能源发电有功功率控制系统，子站系统各子站一方面按照其设计的多个数据接口采集各发电子站的数据并采用专用协议通过中心交换机将采集得到的数据发送给主站控制系统，另一方面负责接收主站控制系统发出的有功功率指令，并将所述指令发送给各发电子站监控系统进行功率控制，从而将一定区域内的风电、光伏、水电站分布式电源进行集群化管理，进而实现对发电区域内有功功率的预测和控制，使一定区域内的分布式电源形成一个整体参与到电网的运行管理中来，为电厂以及用户带来更大的经济效益，并提供更高质量的电能服务。

Description

一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法
技术领域
本申请涉及发电控制系统技术领域，具体涉及一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法。
背景技术
可再生能源是指来自大自然的能源，例如太阳能、风力、潮汐能、地热能等，是取之不尽，用之不竭的能源，是相对于会穷尽能源的一种不可再生能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。
随着世界石油能源危机的出现，人们开始认识到可再生能源的重要性。可再生能源中的太阳能、风力、潮汐能被广泛地应用于发电行业。由于风电、光伏、小型水电站等分布式电源容量过小，对电网来说几乎是“隐形的”。即使容量足够大，用作分布式发电的可再生能源往往是不确定和不可控的，这样就无法由电网调度每个独立的分布式电源。同时，由于其往往无法满足发电目标，独立的分布式电源也无法参与电力市场。此外，为保证供电的可靠性，电网需要可再生能源发电企业对其发电量进行预测，电网据此来决定其投运的传统发电机容量。
目前，针对风电、光伏、小型水电站等分布式电源并网的问题，各个地区处理方式不一。有的地区电网输送容量富裕，则在不影响电网安全的前提下尽量地让分布式电源并网；有的地区电网输送容量较为薄弱，分布式电源的并网主要取决于附近大电源点的功率水平，当大电源点的功率低时允许部分出力稳定的分布式电源并网，当大电源点的功率高时往往造成大面积的弃水弃风。总之，目前尚没有比较系统科学的方案来解决装机容量的分布式电源并网问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的无法有效地解决装机容量的分布式电源并网的问题，本申请提供了一种可再生能源发电功率集群控制系统、方法。
一种可再生能源发电功率集群控制系统，包括子站系统、主站系统，调度系统，其中，
所述主站系统包括中心交换机、主站控制系统、功率预测系统、远动装置，所述主站控制系统分别与所述中心交换机、所述远动装置、所述功率预测系统连接；
所述子站系统包括光伏子站、风电子站、水电子站；所述光伏子站、风电子站、水电子站均与所述中心交换机连接；
所述调度系统与所述远动装置连接。
进一步地，所述调度系统与所述远动装置通过104协议远程通信。
进一步地，所述光伏子站、所述风电子站、所述水电子站均设置有多个数据接口。
进一步地，所述光伏子站、所述风电子站、所述水电子站的数量均为多个。
一种可再生能源发电功率集群控制方法，具体包括执行如下循环：
S1、采集发电厂区域内各子站的发电数据作为历史数据；
S2、计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率；
S3、判断所述当前总功率是否在调度指令的死区范围内；如果是，则返回步骤S1，否则执行步骤S4；
S4、判断所述当前总功率是否大于所述调度指令：
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，则计算需要减小的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，P Z =0；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，则计算需要增加的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
式中P为发电厂区域内所有子站当前总功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为调度指令；
S5、计算需要调节的总功率：
P D =P Y -P J +P Z (1)
式(1)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为发电厂区域内的预测总功率，根据所述历史数据及发电厂区域内气象信息预测获得，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为需要减小的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为需要增加的功率；
S6、判断所述需要调节的总功率是否大于总功率的变化量：如果
Figure DEST_PATH_IMAGE020
,则执行步骤S7；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，则执行步骤S8；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为总功率的变化量；
S7、令
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
S8、对各子站分配功率；
S9、返回步骤S1。
进一步地，所述步骤S6中，总功率的变化量通过如下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
(2)
式(2)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为发电厂区域内所有子站当前总功率变化速率，T为系统运行周期。
进一步地，所述步骤S8中，对各子站分配功率，具体包括如下步骤：
按照光伏子站和风电子站的预测功率分配这两类电站的功率，使所述光伏子站、风电子站尽可能按照最大功率发电；
除去光伏子站和风电子站的功率分配值，将还需要调节的功率分配给水电子站。
进一步地，所述除去光伏子站和风电子站的功率分配值，将还需要分配的功率分配给水电子站，具体包括如下步骤：
S801、根据装机容量采取加权平均的方法分配各个水电子站的需要分配的功率；
S802、判断所述需要分配的功率是否在相应水电子站的振动区：如果不在，则不需要修正；如果在，则将需要分配的功率值修正为振动区的最大限制值；
S803、将振动区修正产生的功率值平均分给光伏子站和风电子站。
进一步地，所述S2中，计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率，具体的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
(3)
Figure DEST_PATH_IMAGE034
(4)
式(3)中，P为发电区域内所有子站当前总功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE038
个光伏子站的当前功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为第
Figure 683483DEST_PATH_IMAGE038
个风电子站的当前功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为第
Figure 69465DEST_PATH_IMAGE038
个水电子站的当前功率，m,n,u为发电厂区域内的光伏子站、风电子站、水电子站的数量；式(4)中，
Figure 114782DEST_PATH_IMAGE030
为发电厂区域内所有子站当前总功率变化速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为第
Figure 228100DEST_PATH_IMAGE038
个光伏子站的功率变化速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为第
Figure 511314DEST_PATH_IMAGE038
个风电子站的功率变化速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为第
Figure 802618DEST_PATH_IMAGE038
个水电子站的功率变化速率。
进一步地，所述步骤S3中，所述调度指令为调度系统发送至主站系统的功率目标值。
本申请提供的技术方案包括以下有益效果：本申请提供的可再生能源发电有功功率控制系统，子站系统各子站一方面按照其设计的多个数据接口采集各发电子站的数据并采用专用协议通过中心交换机将采集得到的数据发送给主站控制系统，另一方面负责接收主站控制系统发出的有功功率指令，并将所述指令发送给各发电子站监控系统进行功率控制，从而将一定区域内的风电、光伏、水电站分布式电源进行集群化管理，进而实现对发电区域内有功功率的预测和控制，使一定区域内的分布式电源形成一个整体参与到电网的运行管理中来，为电厂以及用户带来更大的经济效益，并提供更高质量的电能服务。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种可再生能源发电功率集群控制系统的结构框图；
图2为本申请实施例提供的一种可再生能源发电功率集群控制方法的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式；相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置、方法的例子。
为进一步阐述本申请达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本申请的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
一种可再生能源发电功率集群控制系统，包括子站系统、主站系统，调度系统，其中，
所述主站系统包括中心交换机、主站控制系统、功率预测系统、远动装置，所述主站控制系统分别与所述中心交换机、所述远动装置、所述功率预测系统连接；
所述子站系统包括光伏子站、风电子站、水电子站；所述光伏子站、风电子站、水电子站均与所述中心交换机连接；
所述调度系统与所述远动装置连接。
可选地，所述调度系统与所述远动装置通过104协议远程通信。
可选地，所述光伏子站、所述风电子站、所述水电子站均设置有多个数据接口。
可选地，所述光伏子站、所述风电子站、所述水电子站的数量均为多个。
本申请提供的可再生能源发电功率集群控制系统，具体的工作过程如下：子站系统按照每个子站设置的数据接口采集传输发电厂数据并接收主站功率控制指令；功率预测系统根据区域内气象信息、各子站发电情况的历史数据等因素集中预测各个发电子站的功率；远动装置实现主站控制系统和调度系统之间的通信；主站控制系统接收各个子站的数据进行分析汇总，根据调度指令、功率预测值、各发电子站的功率变化限制计算功率，并将计算得到的所述功率分配并控制各个子站执行。
具体地，子站系统各个子站一方面按照其设计的多个数据接口采集各发电子站的数据并采用专用协议（电力系统中专用的IBC104通信协议）通过中心交换机将采集得到的数据发送给主站控制系统，另一方面负责接收主站控制系统发出的有功功率指令，并将所述指令发送给各发电子站监控系统进行功率控制。
光伏子站可以采集到的数据包括
Figure DEST_PATH_IMAGE050
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为当前功率、
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为当前辐照度、
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为逆变器可用容量、
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为功率可变化速率。
风电子站数据接口：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为当前功率、
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为当前风速、
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为功率可变化速率。
小水电子站数据接口：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为当前功率、
Figure DEST_PATH_IMAGE072
水头、
Figure DEST_PATH_IMAGE074
振动区、
Figure DEST_PATH_IMAGE076
功率可变化速率。
功率预测系统根据区域内气象信息、各子站发电情况的历史数据等因素集中预测各个发电厂站的功率；
远动装置实现主站和调度之间的通信。
主站控制系统接收各个子站的数据进行分析汇总，根据调度指令、功率预测值、各发电场站功率变化限制进行计算功率分配并下发各个子站执行，其执行流程如本申请提供的一种可再生能源发电功率集群控制方法，具体包括执行如下循环：
S1、采集发电厂区域内各子站的发电数据作为历史数据；
S2、计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率；
S3、判断所述当前总功率是否在调度指令的死区范围内；如果是，则返回步骤S1，否则，执行步骤S4；其中，死区范围是实际发电功率与调度指令之间存在的偏差范围；
S4、判断所述当前总功率是否大于所述调度指令：
如果
Figure 584498DEST_PATH_IMAGE002
，则计算需要减小的功率
Figure 48977DEST_PATH_IMAGE004
， P Z =0；
如果
Figure 921118DEST_PATH_IMAGE006
，则计算需要增加的功率
Figure 180061DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 137653DEST_PATH_IMAGE010
；
式中P为发电厂区域内所有子站当前总功率，
Figure 140244DEST_PATH_IMAGE012
为调度指令；
S5、计算需要调节的总功率：
P D =P Y -P J +P Z (1)
式(1)中，
Figure 127878DEST_PATH_IMAGE014
为发电厂区域内的预测总功率，根据所述历史数据及发电厂区域内气象信息预测获得，
Figure 823302DEST_PATH_IMAGE016
为需要减小的功率，
Figure 268189DEST_PATH_IMAGE018
为需要增加的功率；
S6、判断所述需要调节的总功率是否大于总功率的变化量：如果
Figure 808892DEST_PATH_IMAGE020
,则执行步骤S7；如果
Figure 452363DEST_PATH_IMAGE022
，则执行步骤S8；其中，
Figure 990792DEST_PATH_IMAGE024
为总功率的变化量；
S7、令
Figure 985293DEST_PATH_IMAGE026
；
S8、对各子站分配功率；
S9、返回步骤S1。
可选地，所述步骤S6中，总功率的变化量通过如下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE077
(2)
式(2)中，
Figure 532949DEST_PATH_IMAGE030
为发电厂区域内所有子站当前总功率可变化速率，T为系统运行周期。
可选地，所述步骤S8中，对各子站分配功率，具体包括如下步骤：
按照光伏子站和风电子站的预测功率分配这两类电站的功率，使所述光伏子站、风电子站尽可能按照最大功率发电；
除去光伏子站和风电子站的功率分配值，将还需要调节的功率分配给水电子站。
可选地，所述除去光伏子站和风电子站的功率分配值，将还需要分配的功率分配给水电子站，具体包括如下步骤：
S801、根据装机容量采取加权平均的方法分配各个水电子站的需要分配的功率；
S802、判断所述需要分配的功率是否在相应水电子站的振动区：如果不在，则不需要修正；如果在，则将需要分配的功率值修正为振动区的最大限制值；
S803、将振动区修正产生的功率值平均分给光伏子站和风电子站。
可选地，所述S2中，计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率，具体的计算公式如下：
Figure 483456DEST_PATH_IMAGE032
(3)
Figure 520682DEST_PATH_IMAGE034
(4)
式(3)中，P为发电厂区域内所有子站当前总功率，
Figure 674583DEST_PATH_IMAGE036
为第
Figure 822668DEST_PATH_IMAGE038
个光伏子站的当前功率，
Figure 378414DEST_PATH_IMAGE040
为第
Figure 586541DEST_PATH_IMAGE038
个风电子站的当前功率，
Figure 227738DEST_PATH_IMAGE042
为第
Figure 648355DEST_PATH_IMAGE038
个水电子站的当前功率，m,n,u为发电厂区域内光伏子站、风电子站、水电子站的数量；式(4)中，
Figure 386504DEST_PATH_IMAGE030
为发电厂区域内所有子站当前总功率变化速率，
Figure 952484DEST_PATH_IMAGE044
为第
Figure 143293DEST_PATH_IMAGE038
个光伏子站的功率变化速率，
Figure 570864DEST_PATH_IMAGE046
为第
Figure 897940DEST_PATH_IMAGE038
个风电子站的功率变化速率，
Figure 385553DEST_PATH_IMAGE048
为第
Figure 63659DEST_PATH_IMAGE038
个水电子站的功率变化速率。
可选地，所述S3中，所述调度指令是指电网调度系统发送至主站系统的功率目标值。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑本说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未使用的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由上面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种可再生能源发电功率集群控制方法，其特征在于，具体包括执行如下循环：
S1、采集发电厂区域内各子站的发电数据作为历史数据；
S2、计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率；
S3、判断所述当前总功率是否在调度指令的死区范围内；如果是，则返回步骤S1，否则，执行步骤S4；
S4、判断所述当前总功率是否大于所述调度指令：
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，则计算需要减小的功率
Figure 267071DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
如果
Figure 902321DEST_PATH_IMAGE004
，则计算需要增加的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 416478DEST_PATH_IMAGE006
；
式中P为发电厂区域内所有子站当前总功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为调度指令；
S5、计算需要调节的总功率：
Figure 280529DEST_PATH_IMAGE008
(1)
式(1)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为发电厂区域内的预测总功率，根据所述历史数据及发电厂区域内气象 信息预测获得，
Figure 563743DEST_PATH_IMAGE010
为需要减小的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为需要增加的功率；
S6、判断所述需要调节的总功率是否大于总功率的变化量：如果
Figure 104315DEST_PATH_IMAGE012
,则执行步骤 S7；如果
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，则执行步骤S8；其中，
Figure 840190DEST_PATH_IMAGE014
为总功率的变化量；
S7、令
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
S8、对各子站分配功率，具体包括如下步骤：
按照光伏子站和风电子站的预测功率分配这两类电站的功率，使所述光伏子站、风电子站尽可能按照最大功率发电；
除去光伏子站和风电子站的功率分配值，将还需要分配的功率分配给水电子站，包括：
S801、根据装机容量采取加权平均的方法分配各个水电子站的需要分配的功率；
S802、判断所述需要分配的功率是否在相应水电子站的振动区：如果不在，则不需要修正；如果在，则将需要分配的功率值修正为振动区的最大限制值；
S803、将振动区修正产生的功率值平均分给光伏子站和风电子站；
S9、返回步骤S1。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S6中，总功率的变化量通过如下公式计算：
Figure 773510DEST_PATH_IMAGE016
(2)
式(2)中，
Figure 176810DEST_PATH_IMAGE018
为发电厂区域内所有子站当前总功率变化速率，T为系统运行周期。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S2中，计算发电厂区域内的当前总功率和功率变化速率，具体的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
(3)
Figure 639015DEST_PATH_IMAGE020
(4)
式(3)中，P为发电厂区域内所有子站当前总功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 111454DEST_PATH_IMAGE022
个光伏子站的当前功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为第
Figure 582886DEST_PATH_IMAGE022
个风电子站的当前功率，
Figure 840692DEST_PATH_IMAGE024
为第
Figure 4958DEST_PATH_IMAGE022
个水电子站的当前功率，m,n,u为发电厂区域 内光伏子站、风电子站、水电子站的数量；式(4)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为发电厂区域内所有子站当前总功 率变化速率，
Figure 715425DEST_PATH_IMAGE026
为第
Figure 724969DEST_PATH_IMAGE022
个光伏子站的功率变化速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为
Figure 86549DEST_PATH_IMAGE022
第个风电子站的功率变化 速率，
Figure 156136DEST_PATH_IMAGE028
为第
Figure 619479DEST_PATH_IMAGE022
个水电子站的功率变化速率。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S3中，所述调度指令为调度系统发送至主站系统的功率目标值。
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