CN108428050A - 一种大规模可再生能源接入电网的调控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规模可再生能源接入电网的调控系统和方法，采用了基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型，以及可再生能源接入电网的调度自动化经济最优调控计算模型，优化了可再生能源接入容量，形成的可再生能源接入经济优化调控策略是以满足电网安全运行为目标，最终将控制策略经调度自动化经济优化调控系统的控制命令下发给电力系统监控平台，由电力系统监控平台完成对电网实际运行设备投切控制，可以安全地提高电网运行的稳定性，进而提高电网运行的经济效益及社会效益。

Description

一种大规模可再生能源接入电网的调控系统和方法

技术领域

本发明涉及电网调控领域，具体地说，特别涉及到一种大规模可再生能源接入电网的调控系统和方法。

背景技术

_随着环保要求的不断提升，可再生能源建设规模不断扩大。在可再生能源占比不断提高的同时，可再生能源发电并网过程中也带来了难以控制、受环境影响大和继电保护整定难等一系列问题。目前国内外学者的研究也主要集中在以上几个方面，取得了一定的研究成果。这些成果能够为最大限度的消纳可再生能源提供支持。但是，在关注可再生能源的利用与消纳的同时还需要关注另外一个问题，就是可再生能源并网后电网运行的经济性优化问题，毕竟达到全社会效益最大化是利用可再生能源的最终目标，而电网的经济运行是其中很重要的一个方面，以往在这方面研究较少。

现有技术存在着可再生能源接入电网的经济运行模型建立困难，支路电流难以作为变量直接参与计算，模型可观测性不强，导致可再生能源接入系统容量优化求解误差较大，不能为调度人员提供更加精确的经济性调控策略。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种大规模可再生能源接入电网的调控系统，其可有效地提高大规模可再生能源接入系统的经济性优化分析的计算效率及解的精确度，从而提高了所述电力系统经济运行调控系统的整体工作效果。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种大规模可再生能源接入电网的调控系统，包括

调度自动化系统，用于获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据；

电流网络结构数据库，用于获取电网支路参数；

调度自动化经济优化调控模块，用于接收所述调度自动化系统获取的典型运行日下电网历史运行数据，并将其作为调度自动化经济优化调控模块的电压初始计算值，然后利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程组成的电力网络计算模型及支路电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、各支路电流初始值、调度自动化经济优化计算模型求解的最优调度自动化经济调控及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，进而计算电网络损耗值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型形成调度自动化经济优化调控策略；

控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；

人机交互模块，用于输出计算出的调度自动化经济优化调控策略及各仿真信息；

操作命令下发通信接口模块，用于提供与调度自动化系统之间的通信接口，将控制命令传递给该调度自动化系统。

所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值和无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

进一步的，所述基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型包括阻抗支路方程和导纳支路方程；

所述阻抗支路方程为：

所述导纳支路方程为：

设系统中有L条支路N个节点，其中，支路阻抗矩阵为Z＝R+jX，为L×L阶矩阵；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，为N×N阶矩阵；I＝I^a+jI^r表示阻抗支路电流向量，为L×N阶矩阵；节点电压向量为：为N×N阶矩阵；A表示支路-节点关联矩阵，为N×L阶矩阵；表示对角线矩阵，Y^s＝G^s+jB^s，节点注入的负荷或发电机的功率向量为S＝P+jQ；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，对地导纳支路中的电流I_G＝Y^gU，负荷或发电机支路的电流为表示节点电压向量的共轭。

进一步的，所述调度自动化经济优化调控模块如下：

约束条件为：

V_i ^min≤V_i≤V_i ^max

Q_i ^min≤Q_i≤Q_i ^max

其中，|Z_l|为支路阻抗幅值，为支路l电流的实部和虚部，为网络中的节点i无功功率的上下限；V_i ^max,V_i ^min为节点i电压的上下限。

一种大规模可再生能源接入电网的调控方法，包括如下步骤：

1)利用调度自动化系统获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据，利用电力网络结构数据库获得电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε；

2)将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给调度自动化经济优化调控模块，作为调度自动化经济优化调控模块电压初始计算值；

3)利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值；

4)利用电压初始值、电网各支路电流初始值、电网经济优化调控模型求解的调度自动化经济优化调控计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；

5)计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六；

6)将步骤四中各支路电流的新值作为调度自动化经济优化调控计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；

7)依据基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的优化潮流，并形成调度自动化经济优化调控策略。

进一步的，所述步骤7)之后，还包括如下步骤：

依据获取的电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述调度自动化经济优化调控策略进行电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行安全性及电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给调度自动化系统，由调度自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成调度自动化经济优化调控的执行工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

采用了基于节点电压和支路电流作为变量的电网计算模型，以及以此模型为基础的大规模可再生能源接入电网条件下的电网经济优化调控计算模型，利用这种模型将电网中的支路特征量即支路电流量直接体现出来，同时应用于建立的电力网络损耗优化模型，提高了模型的可观测性，改善了可再生能源最优接入容量求解的精确度，提高了电网对可再生能源消纳的经济优化计算过程中解的收敛速度，并将经济优化调控策略应用于电网调度自动化系统实时运行状态下在线安全性校验计算及调控前后网络损耗对比等实时仿真计算。

附图说明

图1为本发明大规模可再生能源接入电网的调控系统架构图。

图2为本发明大规模可再生能源接入电网的调控方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明所述的一种大规模可再生能源接入电网的调控系统和方法，其包括：

I、利用调度自动化系统获取典型运行日下电网历史运行数据值及当前时刻下电网的实时运行数据，利用电网络结构数据库获得电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε。将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据值、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给调度自动化经济优化调控模块，作为调度自动化经济优化调控模块电压初始计算值。如图1所示。

II、利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型及电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值，利用基于支路电流的电网计算模型及电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值。利用电压初始值、电网各支路电流初始值、电网经济优化调控模型求解的调度自动化经济优化调控计算及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值。计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则进行经济性优化分析，若差值大于给定的ε值，则重新进行迭代计算。

III、将各支路电流的新值作为调度自动化经济优化调控计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值。依据基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的优化潮流，并形成调度自动化经济优化调控策略。如图2所示。

实施例

一种大规模可再生能源接入电网的调控系统，包括

调度自动化系统，用于获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据；

电流网络结构数据库，用于获取电网支路参数；

调度自动化经济优化调控模块，用于接收所述调度自动化系统获取的典型运行日下电网历史运行数据，并将其作为调度自动化经济优化调控模块的电压初始计算值，然后利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程组成的电力网络计算模型及支路电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、各支路电流初始值、调度自动化经济优化计算模型求解的最优调度自动化经济调控及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，进而计算电网络损耗值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型形成调度自动化经济优化调控策略；

控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；

人机交互模块，用于输出计算出的调度自动化经济优化调控策略及各仿真信息；

操作命令下发通信接口模块，用于提供与调度自动化系统之间的通信接口，将控制命令传递给该调度自动化系统。

所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值和无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

所述基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型包括阻抗支路方程和导纳支路方程；

所述阻抗支路方程为：

所述导纳支路方程为：

设系统中有L条支路N个节点，其中，支路阻抗矩阵为Z＝R+jX，为L×L阶矩阵；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，为N×N阶矩阵；I＝I^a+jI^r表示阻抗支路电流向量，为L×N阶矩阵；节点电压向量为：为N×N阶矩阵；A表示支路-节点关联矩阵，为N×L阶矩阵；表示对角线矩阵，Y^s＝G^s+jB^s，节点注入的负荷或发电机的功率向量为S＝P+jQ；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，对地导纳支路中的电流I_G＝Y^gU，负荷或发电机支路的电流为表示节点电压向量的共轭。

所述调度自动化经济优化调控模块如下：

约束条件为：

V_i ^min≤V_i≤V_i ^max

Q_i ^min≤Q_i≤Q_i ^max

其中，|Z_l|为支路阻抗幅值，为支路l电流的实部和虚部，为网络中的节点i无功功率的上下限；V_i ^max,V_i ^min为节点i电压的上下限。

一种大规模可再生能源接入电网的调控方法，包括如下步骤：

1)利用调度自动化系统获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据，利用电力网络结构数据库获得电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε；

2)将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给调度自动化经济优化调控模块，作为调度自动化经济优化调控模块电压初始计算值；

3)利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值；

4)利用电压初始值、电网各支路电流初始值、电网经济优化调控模型求解的调度自动化经济优化调控计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；

5)计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六；

6)将步骤四中各支路电流的新值作为调度自动化经济优化调控计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；

7)依据基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的优化潮流，并形成调度自动化经济优化调控策略。

所述步骤7)之后，还包括如下步骤：

依据获取的电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述调度自动化经济优化调控策略进行电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行安全性及电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给调度自动化系统，由调度自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成调度自动化经济优化调控的执行工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种大规模可再生能源接入电网的调控系统，其特征在于：包括

调度自动化系统，用于获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据；

电流网络结构数据库，用于获取电网支路参数；

调度自动化经济优化调控模块，用于接收所述调度自动化系统获取的典型运行日下电网历史运行数据，并将其作为调度自动化经济优化调控模块的电压初始计算值，然后利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程组成的电力网络计算模型及支路电压初始值计算电网各条支路的电流初始值，利用电压初始值、各支路电流初始值、调度自动化经济优化计算模型求解的最优调度自动化经济调控及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值，进而计算电网络损耗值，并依据各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型形成调度自动化经济优化调控策略；

控制对象选择模块，用于提供调度人员对操作对象进行选择，发出控制命令；

人机交互模块，用于输出计算出的调度自动化经济优化调控策略及各仿真信息；

操作命令下发通信接口模块，用于提供与调度自动化系统之间的通信接口，将控制命令传递给该调度自动化系统。

2.根据权利要求1所述的大规模可再生能源接入电网的调控系统，其特征在于：所述典型运行日下电网历史运行数据包括典型运行日典型时刻对应的电网各节点电压历史运行值、电网各节点注入有功功率值和无功功率值，所述电网当前时刻下电网的实时运行数据包括当前时刻下电网各节点电压运行值、各节点注入有功功率数值。

3.根据权利要求1所述的大规模可再生能源接入电网的调控系统，其特征在于：所述电网支路参数包括电网各节点类型、电网各节点有功电源出力最大、最小值，各节点无功电源出力最大、最小值，节点编号，支路编号。

4.根据权利要求1所述的大规模可再生能源接入电网的调控系统，其特征在于：所述基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型包括阻抗支路方程和导纳支路方程；

所述阻抗支路方程为：

所述导纳支路方程为：

设系统中有L条支路N个节点，其中，支路阻抗矩阵为Z＝R+jX，为L×L阶矩阵；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，为N×N阶矩阵；I＝I^a+jI^r表示阻抗支路电流向量，为L×N阶矩阵；节点电压向量为：为N×N阶矩阵；A表示支路-节点关联矩阵，为N×L阶矩阵；表示对角线矩阵，Y^s＝G^s+jB^s，节点注入的负荷或发电机的功率向量为S＝P+jQ；对地支路导纳矩阵为Y^g＝G^g+jB^g，对地导纳支路中的电流I_G＝Y^gU，负荷或发电机支路的电流为 表示节点电压向量的共轭。

5.根据权利要求1所述的大规模可再生能源接入电网的调控系统，其特征在于：所述调度自动化经济优化调控模块如下：

约束条件为：

V_i ^min≤V_i≤V_i ^max

Q_i ^min≤Q_i≤Q_i ^max

其中，|Z_l|为支路阻抗幅值，为支路l电流的实部和虚部，为网络中的节点i无功功率的上下限；V_i ^max,V_i ^min为节点i电压的上下限。

6.一种基于如权利要求1所述的大规模可再生能源接入电网的调控系统的调控方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)利用调度自动化系统获取典型运行日下电网历史运行数据及当前时刻下电网的实时运行数据，利用电力网络结构数据库获得电网支路参数，并设定优化迭代计算的终止判断参数值ε；

2)将获取的典型运行日下电网各节点电压历史数据、各节点注入的有功功率值及无功功率值，传递给调度自动化经济优化调控模块，作为调度自动化经济优化调控模块电压初始计算值；

3)利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电力网络计算模型及步骤二中获得的电压初始值，计算电网各条支路的电流初始值；

4)利用电压初始值、电网各支路电流初始值、电网经济优化调控模型求解的调度自动化经济优化调控计算模型及牛顿拉夫逊迭代算法计算出各支路电流的新值；

5)计算各支路电流新值与各支路电流初始值之间的差值，判断该差值是否小于给定的ε值，如果差值小于给定的ε值，则转到步骤七，若差值大于给定的ε值，则转到步骤六；

6)将步骤四中各支路电流的新值作为调度自动化经济优化调控计算各支路电流的初始值，并利用基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流初始值的节点电压的初始值，转到步骤四；

7)依据基于阻抗支路方程和导纳支路方程的电网计算模型计算出对应于各支路电流的各节点电压及各节点的优化潮流，并形成调度自动化经济优化调控策略。

7.根据权利要求6所述的大规模可再生能源接入电网的经济性优化调控方法，其特征在于，所述步骤7)之后，还包括如下步骤：

依据获取的电网实时运行电网各节点电压数据、各节点注入的有功功率、无功功率数值对所述调度自动化经济优化调控策略进行电网潮流计算、网损计算，从而对所述调制策略进行安全性及电网经济性校验，并将调控策略及校验结果输出；通过控制命令下发通信接口模块将调控命令传递给调度自动化系统，由调度自动化系统传递控制信息到控制对象，从而完成调度自动化经济优化调控的执行工作。