CN108110806A - 一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，属于可再生能源发电与新能源电网技术领域，本发明提出了一种基于储热和储电调度的调节速度和调节成本与负荷及新能源发电的综合出力波动曲线最优协调的调度策略。根据综合出力波动的实时特性，选取能够对这一波动进行最优跟踪的储热、储电调控进行全网功率调节。根据判断系统内设备的运行状态，调度中心能够做出更加准确的指令，大大减小了调度不及时，由于误差引起的系统频率超出正常范围的后果，减小了系统瘫痪的可能性，极大的增加了系统的安全性，为电力系统的调度、维护运行节省了大量的资金成本，具有很好的经济、安全和社会效益。

Description

一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法

技术领域

本发明属于可再生能源发电与新能源电网技术领域，具体涉及一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法。

技术背景

电力系统调度是电力系统正常运行的重要环节，当负荷负载出现波动时，为了控制电力系统频率在允许的范围，电力调度中心将根据实时检测电网数据以及电力监测系统返回的数据进行调度，由于可再生能源发电和新能源形式的多样化及其大规模接入电网的趋势发展迅猛，多能源形式的接入对电网的传统的调度方法和调度策略带来了巨大的挑战。新能源发电的不确定性要求电网处于不同运行方式下时，需要采用不同的调度策略。

当电网运行于异常调控域时，由于总负荷需求低于电网内全部火电和水电机组的最大总出力的50％以上，因此制定电网调度策略的出发点应为电源总出力对负荷及新能源发电出力波动跟踪能力的优化。根据电力系统对电网频率、波形、电压及其变化幅度的要求，传统的调度策略仅仅根据负荷及频率变化量，在所有具有调节能力的水电和火电机组中，异常域的出现使得正常机组对于系统失去了调节作用，此时就要采取储热、储电的方式进行电网系统参数稳定调节，此时按照各个储热、储电装备的储能能力和调节速度大小进行排序，再根据这一顺序对系统负荷和频率进行调节。

发明内容：

本发明提出了一种基于储热和储电调度的调节速度和调节成本与负荷及新能源发电的综合出力波动曲线最优协调的调度策略。根据综合出力波动的实时特性，选取能够对这一波动进行最优跟踪的储热、储电调控进行全网功率调节。

为了实现上述目的，本发明提出了一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、对调度调控区域设备编号，具体是对调度管辖区域内区域储热锅炉，电池，隔离开关，电压互感器，电流互感器设备等进行编号，组成矩阵，并输入到控制器内。设：有N台电储热锅炉，M台断路器，Z台隔离开关，L台电压互感器，R台电流互感器，Q台监视器。所以得到：锅炉编号＝[B₁,B₂,B₃,B₄,...,B_N],＝[D₁,D₂,D₃,D₄,...,D_M],隔离开关＝[G₁,G₂,G₃,G₄,...,G_z],电压互感器＝[V₁,V₂,V₃,V₄,...,V_L],电流互感器＝[I₁,I₂,I₃,I₄,...,I_R],监视器＝[J₁,J₂,J₃,J₄,...,J_Q]，将编号矩阵输入电脑，准备调度发出指令。

步骤2、季节影响系数计算；具体是根据不同过去三年的历史温度数据，找到日负荷峰谷预测曲线，根据模型预测未来24小时峰谷值，以及峰谷出现的时间点，根据历史数据分成四个季节计算季节系数。

步骤2.1、利用过去三年的实际功率功率分布，找到每天的峰谷时间点，以及峰谷值，日峰谷值随时间变化的函数，如下式：

上式中，P_i表示t时刻出现最大峰谷值时的1～i计算负荷的功率，a是负荷计算接入点的数量，P_m(t)表示计算的峰谷值函数值。

步骤2.2、根据峰谷函数，代入三年数据，得到每个季节的峰谷随时间的分布情况，建立季节影响系数η：

式中，是峰谷值比例系数，P_max(t)、P_min(t)分别表示(1)中计算出的峰值和谷值，计算调度的季节性影响因数，为后文调度计算分配系数计算出季节性负荷变化系数。

步骤3、根据设备检测系统返回数据，计算设备维修，以及不正常运行导致停运系数β：具体是根据监视器返回数据以及电力系统年度检修计划提前制定好线路或者设备的检修时间，根据二参数方法进行调度设备停运系数β：

上式二参数模型中：f表示监视器返回数据中设备检修的数量，P_f表示此设备控制的负荷功率。Ψ表示主变压器断路器等设备的故障停运系数，h表示设备停运数量，P_h表示停运设备输出功率，x，y分别表示监视器检测检修设备回路数量和故障设备停运回路数量。

步骤4、结合负荷预测值以及实时电网运行参数，进行负荷所在区域实际亟需功率系数计算；具体是根据负荷预测得到的调度所在地区的预计所需功率，结合电网实际运行时的电压，电流，频率参数，计算异常域出现的时间段，为调度发出命令以及执行做出提前量，公式如下：

式中，F_max表示电网频率上升最大值，F_min表示电网频率下降的最小值。P₀表示异常域开始时的负荷功率。P₁表示异常域结束时的负荷功率。t₁表示异常域开始时的时间点，t₂表示异常域结束时的时间点。

所以根据上式计算出的异常域时间段，以及负荷预测值进行电网实际功率传输要求，下面计算异常域内实际的功率值：

上式中P_实际表示异常域时间段内负荷实际功率，也就是电网应该传送的功率值；i_g表示异常域内线路的电流；R_j表示负荷预测值；T_g表示异常域的时间跨度，即t₁，t₂的时间跨度；

由步骤4可有计算出异常时间段的负荷实际功率预测需求，进而调度中心可以根据电网实际潮流以及设备损害和检修计划进行合理的调度指挥，本预测的结果加入了异常域时间跨度电流实时值等。

步骤5、储热、储电装置储能状态以及待储能力判定，待调度中心指令投运。

在此，本发明采用电池soc进行电池储能能力判断，根据电锅炉的储热功率，以及投运状况进行储热能力判定。

步骤6、考虑调度成本进行调度方法。

根据下式进行考虑经济成本调度方法。

α(t)为锅炉储热成本，P(t)为负荷变化功率，d为锅炉投运台数，η1为电池的充电效率，a为电池组个数。

步骤7、调度发出储能装置储能投运状态，断路器，电压互感器，负荷侧供电开关等动作情况。具体如下：

步骤7.1、进行设备的参数更新，步骤1处理器出入的编号不变，由调度发出设备运行情况数据更新确认，正常运行的设备显示1，计划检修或者事故停运的设备显示0，得到所有设备的运行情况矩阵：假设： 处理器数据更新结束，

步骤7.2、根据下式进行主变压器功率承受能力以及负荷功率需求计算，分配变压器投入方法以及发出命令：

式中，F式调度发出指令时的系统频率，v是负荷端电压值，i_g是电网电流；根据下式考虑断路器通断成本的断路器指令计算：

式中，γ表示在T温度下的断路器通断成本，T表示断路器所处的环境初始温度，ξ表示断路器的消弧系数。

步骤7.3、调度中心根据计算的变压器，断路器功率分配命令进行主变压器，断路器，隔离开关的通断命令，确保在系统异常时间段内，系统的频率能够在合理的范围内小幅度波动，所述异常域时间段进行调度的方法，是结合由步骤1所得过去三年的实际功率参数，以及步骤4对实际以及预测的负荷参数进行对负荷进行更加准确的预测，计算出每个主变压器的功率分配，并考虑步骤6断路器通断成本的电力系统调度指挥方法，建立调度指挥系统的最合理的，低成本，小影响的调度指挥系统模型，使调度能够更加准确方便的发出最准确的指令，使在特定时间段异常域的调度中，系统的影响最小，频率的波动最平缓，对电力系统的影响最小。

有益效果：

本发明是异常域的调度方法，能够准确计算出异常时间段的负荷功率，根据判断系统内设备的运行状态，调度中心能够做出更加准确的指令，大大减小了调度不及时，由于误差引起的系统频率超出正常范围的后果，减小了系统瘫痪的可能性，极大的增加了系统的安全性，为电力系统的调度、维护运行节省了大量的资金成本，具有很好的经济、安全和社会效益。

附图说明：图1本发明异常调控域调度方法流程图。

具体实施方法：

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

以某区域电网为例，系统中有两台110kW变压器，4台断路器，8台隔离开关，8台电压互感器，10组电流互感器。

步骤一：所述对调度调控区域设备编号，具体是对调度管辖区域内的主变压器，断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器设备等进行编号，组成矩阵，并输入到控制器内。设：有2台变压器，4台断路器，8台隔离开关，8台电压互感器，10台电流互感器，2台监视器。所以得到：变压器＝[B₁,B₂],断路器＝[D₁,D₂,D₃,D₄],隔离开关＝[G₁,G₂,G₃,G₄,...,G_z],电压互感器＝[V₁,V₂,V₃,V₄,...,V₈],电流互感器＝[I₁,I₂,I₃,I₄,...,I₁₀],监视器＝[J₁,J₂,J₃,J₄,...,J_Q]，将编号矩阵输入电脑，准备调度发出指令。

步骤二：所述季节系数计算；根据2010、2011、2012年三年的历史温度数据，拟合日负荷峰谷预测曲线，根据模型预测24小时峰谷值，以及峰谷出现的时间点，根据历史数据分成四个季节计算季节系数。首先，根据数据的实际功率功率分布，找到每天的峰谷时间点，以及峰谷值，日峰谷值随时间变化的函数，如下式：

上式中，P_i表示t时刻出现最大峰谷值时的1～i计算负荷的功率，a是负荷计算接入点的数量，P_m(t)表示计算的峰谷值函数值。

定义当t＝9:00,i＝100，a＝200,负荷功率可近似于P_i＝105KW,通过计算可得出计算可得P_m(t)＝100.255KW。

根据峰谷函数，代入三年数据，得到每个季节的峰谷随时间的分布情况，建立季节影响系数η：

式中，是峰谷值比例系数，P_max(t)、P_min(t)分别表示(1)中计算出的峰值和谷值，计算调度的季节性影响因数，为后文调度计算分配系数计算出季节性负荷变化系数。

其中，以冬季为例，根据日负荷预测曲线，取P_max(t)＝108.25KW、P_min(t)＝80.52KW，分别为0.212,0.103，计算可得η＝0.569。

步骤三：根据设备检测系统返回数据，计算设备维修，以及不正常运行导致停运系数β：具体是根据监视器返回数据以及电力系统年度检修计划提前制定好线路或者设备的检修时间，根据二参数方法进行调度设备停运系数β：

上式二参数模型中：f表示监视器返回数据中设备检修的数量，P_f表示此设备控制的负荷功率。Ψ表示主变压器断路器等设备的故障停运系数，h表示设备停运数量，P_h表示停运设备输出功率，x,y分别表示监视器检测检修设备回路数量和故障设备停运回路数量。

取f＝5台，P_f分别为89.54KW,96.56KW,86.97KW,87.98KW,95.11KW；x＝240。计算Ω＝3545；取h＝5台，P_f分别为95.23KW,92.35KW,89.21KW,95.11KW，89.97KW，计算可得Ψ＝2983；另y＝236。计算结果代入(3)式可得β＝0.356.

步骤四：结合负荷预测值以及实时电网运行参数，进行负荷所在区域实际亟需功率系数计算；具体是根据负荷预测得到的调度所在地区的预计所需功率，结合电网实际运行时的电压，电流，频率参数，计算异常域出现的时间段，为调度发出命令以及执行做出提前量，公式如下：

式中，F_max表示电网频率上升最大值，F_min表示电网频率下降的最小值。P₀表示异常域开始时的负荷功率。P₁表示异常域结束时的负荷功率。t₁表示异常域开始时的时间点，t₂表示异常域结束时的时间点。

取F_max＝50.25HZ，F_min＝49.95HZ，P₀＝85.24KW,P₁＝56.45KW。通过计算可得t₁约为21点左右，t₂＝0点左右。

所以根据上式计算出的异常域时间段，以及负荷预测值进行电网实际功率传输要求，下面计算异常域内实际的功率值：

上式中P_实际表示异常域时间段内负荷实际功率，也就是电网应该传送的功率值；i_g表示异常域内线路的电流；R_j表示负荷预测值；T_g表示异常域的时间跨度，即t₁，t₂的时间跨度；

分别将i_g＝5.35A,R_j＝20kΩ，T_g＝6h代入(5)，得P_实际＝100.26KW

由步骤四可有计算出异常时间段的负荷实际功率预测需求，进而调度中心可以根据电网实际潮流以及设备损害和检修计划进行合理的调度指挥，本预测的结果加入了异常域时间跨度电流实时值等。

步骤五：调度发出主变压器，断路器，电压互感器，负荷侧供电开关等动作情况。具体如下：

1)首先进行设备的参数更新，步骤一处理器出入的编号不变，由调度发出设备运行情况数据更新确认，正常运行的设备显示1，计划检修或者事故停运的设备显示0，得到所有设备的运行情况矩阵：假设： 处理器数据更新结束，

2)根据下式进行主变压器功率分配命令发出：

式中，F式调度发出指令时的系统频率，v是负荷端电压值，ig是电网电流；根据下式考虑断路器通断成本的断路器指令计算：

式中，γ表示在T温度下的断路器通断成本，T表示断路器所处的环境初始温度，ξ表示断路器的消弧系数。

3)调度中心根据计算的变压器，断路器功率分配命令进行主变压器，断路器，隔离开关的通断命令，确保在系统异常时间段内，系统的频率能够在合理的范围内小幅度波动。

根据计算结果应该发出指令，主变压器1切断，主变压器2投运，断路器1，4，切断所在线路分支，断路器2，3投运，对应的隔离开关1，3，4，6断开，其余开关闭合。

主变压器＝[0 1]；

断路器＝[0 1 1 0]；

隔离开关＝[0 1 0 0 1 0]；

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，本方法包括：步骤1对调度调控区域设备编号，组成矩阵，并输入到控制器内；步骤2季节影响系数计算；步骤3根据设备检测系统返回数据，计算设备维修，以及不正常运行导致停运系数β；步骤4结合负荷预测值以及实时电网运行参数，进行负荷所在区域实际亟需功率系数计算；步骤5储热、储电装置储能状态以及待储能力判定，待调度中心指令投运；步骤6考虑调度成本进行调度方法；步骤7调度发出储能装置储能投运状态，断路器，电压互感器，负荷侧供电开关等动作情况。

2.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤1中调度调控区域设备编号具体是对调度管辖区域内区域储热锅炉，电池，隔离开关，电压互感器，电流互感器设备进行编号。

3.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤2具体是根据不同过去三年的历史温度数据，计算日负荷峰谷预测曲线，根据模型预测未来24小时峰谷值，以及峰谷出现的时间点，根据历史数据分成四个季节计算季节系数。

4.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤2中包含步骤2.1利用过去三年的实际功率功率分布，找到每天的峰谷时间点，以及峰谷值，日峰谷值随时间变化的函数，如下式：

步骤2.2、根据峰谷函数，代入三年数据，得到每个季节的峰谷随时间的分布情况，建立季节影响系数η：

5.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤3根据监视器返回数据以及电力系统年度检修计划提前制定好线路或者设备的检修时间，根据二参数方法进行调度设备停运系数β：

6.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤4根据负荷预测得到的调度所在地区的预计所需功率，结合电网实际运行时的电压，电流，频率参数，计算异常域出现的时间段，为调度发出命令以及执行做出提前量，公式如下：

所以根据上式计算出的异常域时间段，以及负荷预测值进行电网实际功率传输要求，下面计算异常域内实际的功率值：

7.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤6根据下式进行考虑经济成本调度方法；

8.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤7包含步骤7.1进行设备的参数更新，步骤一处理器出入的编号不变，由调度发出设备运行情况数据更新确认，正常运行的设备显示1，计划检修或者事故停运的设备显示0，得到所有设备的运行情况矩阵：

假设： 处理器数据更新结束。

9.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤7中包含步骤7.2根据下式进行主变压器功率承受能力以及负荷功率需求计算，分配变压器投入方法以及发出命令：

根据下式考虑断路器通断成本的断路器指令计算：

10.根据权利要求1所述，一种新能源电力系统在异常调控域运行方式下的调度方法，其特征在于，步骤7包含步骤7.3调度中心根据计算的变压器，断路器功率分配命令进行主变压器，断路器，隔离开关的通断命令，确保在系统异常时间段内，系统的频率能够在合理的范围内小幅度波动，所述异常域时间段进行调度的方法，是结合由步骤1所得过去三年的实际功率参数，以及步骤4对实际以及预测的负荷参数进行对负荷进行更加准确的预测，计算出每个主变压器的功率分配，并考虑步骤6断路器通断成本的电力系统调度指挥方法，建立调度指挥系统的最合理的，低成本，小影响的调度指挥系统模型，使调度能够更加准确方便的发出最准确的指令，使在特定时间段异常域的调度中，系统的影响最小，频率的波动最平缓，对电力系统的影响最小。