CN108471145B - 基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法 - Google Patents

基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法 Download PDF

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CN108471145B CN201810231894.3A CN201810231894A CN108471145B CN 108471145 B CN108471145 B CN 108471145B CN 201810231894 A CN201810231894 A CN 201810231894A CN 108471145 B CN108471145 B CN 108471145B
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Abstract

本发明提出一种基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法在每个有功功率控制指令周期到来时，从电网调度中心的有功功率调度系统实时采集各风电场的当前有功发电功率值、装机容量值、参与的各项交易计划值，并按照交易计划的优先级顺序，将交易计划值引入到负载率计算中，形成“虚拟负载率”。当风电场参与的交易计划未完全执行时，其虚拟负载率为负数，在负载率均衡控制策略中，将优先保证参与交易计划的风电场有功功率出力，保障交易计划的执行。

Description

基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。
背景技术
风能是一种贮量丰富且可再生的清洁能源，合理有效的利用风能是调整能源结构、解决能源危机的有效途径之一。中国风能资源丰富，可开发利用的风能储量巨大，为风电产业的迅速发展提供了良好的资源基础。近年来，中国风电装机容量不断增加，风电并网规模逐渐扩大。由于风能资源分布的不均衡特性，中国风电主要集中在“三北”(东北、华北、西北)地区，就地消纳风电能力有限，电网系统调峰能力不足，且风电外输能力不足等原因，使得“三北”地区风电弃风现象十分严重。如何在保证电网安全的前提下，最大程度利用风电资源，尽可能多地消纳风电已经成为目前各个风电基地所在电网面临的共同挑战之一。
目前，业界已经对风电场接入后的有功功率调度控制进行了大量研究，并取得一系列研究和应用成果。在国内多个新能源汇集电网的测试与实际运行表明，在有功功率调度控制系统中引入快速的风电调度实时控制，对保障电网安全，减少弃风损失，起到了良好的作用。
由于电网在同一时刻能够接纳的风力发电总量有限，当电力系统中并网的风电场较多时，会出现“弃风”的情况，即电网有功功率调度控制系统需要限制各个风电场的有功功率出力。此时为了保证各个风电场获得相对公平的发电份额，目前主要采用等发电负载率的控制方法，该方法主要内容包括：
为了实现风电场间的公平调度，引入全网风电场平均负载率：
Figure GDA0002892611210000011
式(1)中，Ωw为电网中所有的风电场集合；
Figure GDA0002892611210000012
为风电场上送的第i个风电场的出力值；
Figure GDA0002892611210000021
风电场上送的第i个风电场当前可用出力预估值。
基于
Figure GDA0002892611210000022
可以进一步计算各风电场的实时负载率，以及实施负载率偏差，如下：
Figure GDA0002892611210000023
Figure GDA0002892611210000024
式(1-2)为风电场i的实时负载率，式(1-3)为风电场i的实时负载率偏差。
在有功功率调度控制系统中，为了实现公平调度，以全网各风电场的实时负载率偏差平方和最小化为目标，即：
Figure GDA0002892611210000025
采用该目标后，当电网可以进一步接纳风力发电时，控制系统会选择负载率小的风电场优先增加其有功功率出力；当电网需要限制减小全网总风力发电时，控制系统会选择负载率大的风电场优先减小其有功功率出力。
同时，为贯彻落实《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(中发〔2015〕9号)及其配套文件精神，充分发挥市场配置资源的决定性作用，充分利用跨区域省间通道输电能力，有效促进三北地区可再生能源消纳，缓解弃风问题，各区域电网公司相继开展多种交易试点工作。
随着电力体制改革的推进，越来越多的风电场参与到电力市场交易中。风电场参与的市场交易类型主要包括中长期电量交易、现货交易和实时交易，其中中长期交易主要包括大用户直购电、清洁供暖、富裕电量等，其形式是以季度或年度周期，风场和其他市场主体签订的供电电量合同；现货交易是根据日前电网公司公布的跨区电网的输送接纳能力，由风电场通过竞价获得的第二日的实时上网电力；实时交易是根据预先制定的风火替代等规则，当电网中风电场和其他电源运行满足一定条件时，风电获得的额外的上网发电。在同一个时期，一座风电场可以同时参与中长期交易、现货交易和实时交易等多种交易计划，并且不同的交易计划执行的优先级也可以不同。
随着电力市场化的推进，对风电场的调度运行也提出了新的要求，在风电场的调度运行中，电网公司调度中心在保证电网安全运行的基础上，需要优先保证中长期、现货和实时交易的完成；对中长期电量交易，需要将季度、年度的合同电量分解到每日的调度运行中，保证参与市场的风电场能够完成合同；对现货、实时交易，需要在电网运行中优先保证参与交易的风电场能够完成交易计划。当电网总体接纳能力有限时，优先保证参与交易的风电场发电，通过市场化手段来促进风电的消纳。
为保障风电场交易计划的执行，将交易计划引入到传统的负载率计算中，形成“虚拟负载率”，当风电场交易计划未完全执行时，其虚拟负载率为负数。在电网调度控制中心的风力发电有功自动控制系统中，以各风电场的虚拟负载率相同为目标计算控制策略，当电网可以接纳风电并网发电时，可以优先保证参与交易计划的风电场有功功率出力，从而保障交易计划的执行。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，通过将交易计划引入负载率计算，当风电场交易计划未完全执行时，其虚拟负载率为负数，在负载率均衡控制策略中，将优先保证参与交易计划的风电场有功功率出力，保障交易计划的执行。
本发明提出的基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，包括以下步骤：
(1)电网调度中心的有功功率调度控制系统以周期Tc向电网中的各风电场下发有功功率控制指令；
(2)在每个周期Tc到来时，设电网中各风电场的交易计划权重系数值Fi＝0，Fi为小于等于0的整数，设各风电场的容量调整基值
Figure GDA0002892611210000031
将
Figure GDA0002892611210000032
作为各风电场参与交易计划的处理标记，若风电场i的交易计划未处理，记
Figure GDA0002892611210000033
若风电场i的交易计划已处理，记
Figure GDA0002892611210000034
其中i为风电场的编号，n为风电场i当前参与的多种交易计划序号，n＝1,2,...,N，设置
Figure GDA0002892611210000035
的初始值均为0；
(3)在每个周期Tc到来时，从电网调度中心的有功功率调度系统实时采集风电场i的当前总有功发电功率值为
Figure GDA0002892611210000036
装机容量
Figure GDA0002892611210000037
参与各交易计划的当前时刻有功功率计划值
Figure GDA0002892611210000038
以及与各交易计划相对应的交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000039
并设置风电场i当前的容量调整基值为：
Figure GDA00028926112100000310
有功功率计算基值变量为：
Figure GDA00028926112100000311
(4)根据风电场i的交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000041
的值，分别判断风电场i的当前交易计划n的有效性，若
Figure GDA0002892611210000042
且n＝1,2,...,N恒成立，则判定风电场i不参与交易计划，进入步骤(6)，若任意一个
Figure GDA0002892611210000043
n＝1,2,...,N成立，则判定风电场i参与当前交易计划，进入步骤(5)；
(5)调整风电场i的有功功率计算基值，具体步骤如下：
(5-1)从风电场i的处理标记
Figure GDA0002892611210000044
为0的交易计划中，找到交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000045
值为最大的交易计划，并记该交易计划序号为
Figure GDA0002892611210000046
(5-2)将风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA0002892611210000047
与其参与的交易计划
Figure GDA0002892611210000048
在当前时刻的有功功率计划值
Figure GDA0002892611210000049
进行比较:
若
Figure GDA00028926112100000410
则按照下式调整风电场i的有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000411
和交易计划权重值Fi：
Figure GDA00028926112100000412
同时，将交易计划n的标记为已处理，即
Figure GDA00028926112100000413
若
Figure GDA00028926112100000414
则按照下式调整风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000415
和容量调整基值
Figure GDA00028926112100000416
Figure GDA00028926112100000417
同时，将交易计划n标记为已处理，即
Figure GDA00028926112100000418
(5-3)对风电场i的交易计划处理标记
Figure GDA00028926112100000419
进行判断，n＝1,2,...,N。若处理标记
Figure GDA00028926112100000420
全部为1，则该风场参与的全部交易计划已处理完毕，进入步骤(6)；若有某个处理标记
Figure GDA00028926112100000421
仍为0，则返回步骤(5-1)；
(6)根据上述步骤(5-2)的调整结果，按照下式计算风电场i的虚拟负载率Ri：
Figure GDA00028926112100000422
(7)返回上述步骤(3)，遍历电网中的所有风电场，直至电网中全部风电场的交易计划处理完成；
(8)将上述步骤(7)生成的各风电场虚拟负载率Ri发送到电网调度中心的有功功率调度系统中，用于有功功率控制指令的计算，计算方法为：
(8-1)当电网当前需要增加总风力发电时，按照虚拟负载率从小到大的顺序，选择虚拟负载率Ri最大的风电场，增加该风电场的有功功率；
(8-2)当电网当前需要减少总风力发电时，按照虚拟负载率从大到小的顺序，选择虚拟负载率Ri最小的风电场，减少该风电场的有功功率；
(8-3)当电网当前需要保持总风力发电时，选择虚拟负载率最小的风电场，增加该风电场的有功功率，同时选择虚拟负载率最大的风电场，减少该风电场的有功功率；
(9)将计算得的各风电场有功功率调节指令下发到各个风电场执行。
本发明提出的基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，其优点是：
本发明方法中，当风电场参与多种交易时，若风电场交易计划未完全执行时，其虚拟负载率为负数，在负载率均衡控制策略中，将优先保证参与交易计划的风电场有功功率出力，因此保障了交易计划的执行。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功功率功率控制主站系统中，使该系统能够根据风电场实时发电运行状态和电网运行状态，对风电场的有功功率实施最适宜的控制策略，保障风电场交易计划的执行，并兼顾各风电场间的公平调度。
具体实施方式
本发明提出的一种基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，包括以下步骤：
(1)电网调度中心的有功功率调度控制系统以周期Tc向电网中的各风电场下发有功功率控制指令；
(2)在每个周期Tc到来时，设电网中各风电场的交易计划权重系数值Fi＝0，Fi为小于等于0的整数，设各风电场的容量调整基值
Figure GDA0002892611210000051
将
Figure GDA0002892611210000052
作为各风电场参与交易计划的处理标记，若风电场i的交易计划未处理，记
Figure GDA0002892611210000053
若风电场i的交易计划已处理，记
Figure GDA0002892611210000054
其中i为风电场的编号，n为风电场i当前参与的多种交易计划序号，n＝1,2,...,N，设置
Figure GDA0002892611210000055
的初始值均为0；
(3)在每个周期Tc到来时，从电网调度中心的有功功率调度系统实时采集风电场i的当前总有功发电功率值为
Figure GDA0002892611210000061
装机容量
Figure GDA0002892611210000062
参与各交易计划的当前时刻有功功率计划值
Figure GDA0002892611210000063
以及与各交易计划相对应的交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000064
并设置风电场i当前的容量调整基值为：
Figure GDA0002892611210000065
有功功率计算基值变量为：
Figure GDA0002892611210000066
(4)根据风电场i的交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000067
的值，分别判断风电场i的当前交易计划n的有效性，若
Figure GDA0002892611210000068
且n＝1,2,...,N恒成立，则判定风电场i不参与交易计划，进入步骤(6)，若任意一个
Figure GDA0002892611210000069
n＝1,2,...,N成立，则判定风电场i参与当前交易计划，进入步骤(5)；
(5)调整风电场i的有功功率计算基值，具体步骤如下：
(5-1)从风电场i的处理标记
Figure GDA00028926112100000610
为0的交易计划中，找到交易计划优先级
Figure GDA00028926112100000611
值为最大的交易计划，并记该交易计划序号为
Figure GDA00028926112100000612
(5-2)将风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000613
与其参与的交易计划
Figure GDA00028926112100000614
在当前时刻的有功功率计划值
Figure GDA00028926112100000615
进行比较，若
Figure GDA00028926112100000616
则按照下式调整风电场i的有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000617
和交易计划权重值Fi：
Figure GDA00028926112100000618
同时，将交易计划n的标记为已处理，即
Figure GDA00028926112100000619
若
Figure GDA00028926112100000620
则按照下式调整风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000621
和容量调整基值pi base：
Figure GDA00028926112100000622
同时，将交易计划n标记为已处理，即
Figure GDA00028926112100000623
(5-3)对风电场i的交易计划处理标记
Figure GDA00028926112100000624
进行判断，n＝1,2,...,N。若处理标记
Figure GDA00028926112100000625
全部为1，则该风场参与的全部交易计划已处理完毕，进入步骤(6)；若有某个处理标记
Figure GDA00028926112100000626
仍为0，则返回步骤(5-1)；
(6)根据上述步骤(5-2)的调整结果，按照下式计算风电场i的虚拟负载率Ri：
Figure GDA0002892611210000071
(7)返回上述步骤(3)，遍历电网中的所有风电场，直至电网中全部风电场的交易计划处理完成；
(8)将上述步骤(7)生成的各风电场虚拟负载率Ri发送到电网调度中心的有功功率调度系统中，用于有功功率控制指令的计算，计算方法为：
(8-1)当电网当前需要增加总风力发电时，按照虚拟负载率从小到大的顺序，选择虚拟负载率Ri最大的风电场，增加该风电场的有功功率；
(8-2)当电网当前需要减少总风力发电时，按照虚拟负载率从大到小的顺序，选择虚拟负载率Ri最小的风电场，减少该风电场的有功功率；
(8-3)当电网当前需要保持总风力发电时，选择虚拟负载率最小的风电场，增加该风电场的有功功率，同时选择虚拟负载率最大的风电场，减少该风电场的有功功率；
(9)将计算得的各风电场有功功率调节指令下发到各个风电场执行。
下面详细介绍本发明方法的一个实施例：
1、电网调度中心的有功功率调度控制系统以周期Tc向电网中的各风电场下发有功功率控制指令，指令周期Tc一般取值为60秒或300秒，本实施案例取值为60秒；
2、在每个周期Tc到来时，设电网中各风电场的交易计划权重系数值Fi＝0，Fi为小于等于0的整数，设各风电场的容量调整基值
Figure GDA0002892611210000072
单位为MW；将
Figure GDA0002892611210000073
作为各风电场参与交易计划的处理标记，若风电场i的交易计划未处理，记
Figure GDA0002892611210000074
若风电场i的交易计划已处理，记
Figure GDA0002892611210000075
其中i为风电场的编号，n为风电场i当前参与的多种交易计划序号，n＝1,2，设置
Figure GDA0002892611210000076
的初始值均为0；
3、在每个周期Tc到来时，从电网调度中心的有功功率调度系统实时采集风电场i的当前总有功发电功率值
Figure GDA0002892611210000077
装机容量
Figure GDA0002892611210000078
参与交易计划的当前时刻有功功率计划值
Figure GDA0002892611210000079
与交易计划相对应的交易计划优先级
Figure GDA00028926112100000710
与交易计划相对应的交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000081
并设置风电场i当前的容量调整基值为：
Figure GDA0002892611210000082
Figure GDA0002892611210000083
有功功率计算基值变量为：
Figure GDA0002892611210000084
4、检查风电场i的交易计划是否有效：
由于
Figure GDA0002892611210000085
n＝1,2,...,9在n＝1、n＝2时成立，进入步骤5；
5、调整风电场i的有功功率计算基值，具体步骤如下：
第一次：
a)从风电场i的交易计划处理标记
Figure GDA0002892611210000086
为0的交易计划中，找到交易计划优先级
Figure GDA0002892611210000087
值为最大的交易计划，并记该交易计划序号为
Figure GDA0002892611210000088
b)将风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA0002892611210000089
与其参与的交易计划
Figure GDA00028926112100000810
的交易计划在当前时刻的有功功率计划值
Figure GDA00028926112100000811
进行比较；
c)由于
Figure GDA00028926112100000812
(26.5>19.6),则按照下式调整风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000813
和容量调整基值
Figure GDA00028926112100000814
Figure GDA00028926112100000815
Figure GDA00028926112100000816
同时，将交易计划
Figure GDA00028926112100000817
标记为已处理，即
Figure GDA00028926112100000818
第二次：
a)从风电场i的交易计划处理标记
Figure GDA00028926112100000819
为0的交易计划中，找到交易计划优先级
Figure GDA00028926112100000820
值为最大的交易计划，并记该交易计划序号为
Figure GDA00028926112100000821
b)将风电场i的当前有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000822
与其参与的交易计划
Figure GDA00028926112100000823
的交易计划在当前时刻的有功功率计划值
Figure GDA00028926112100000824
进行比较:
c)由于
Figure GDA00028926112100000825
(6.9<39.6)，则按照下式调整风电场i的有功功率计算基值
Figure GDA00028926112100000826
和交易计划权重值Fi：
Figure GDA00028926112100000827
Figure GDA00028926112100000828
同时，将交易计划
Figure GDA0002892611210000091
的标记为已处理，即
Figure GDA0002892611210000092
(6)根据上述步骤(5)的调整结果，按照下式计算风电场i的虚拟负载率Ri：
Figure GDA0002892611210000093
(7)返回上述步骤(3)，遍历电网中的所有风电场，直至电网中全部风电场的交易计划处理完成；
(8)将上述步骤(7)生成的各风电场虚拟负载率Ri发送到电网调度中心的有功功率调度系统中，用于有功功率控制指令的计算，计算方法为：
(8-1)当电网当前需要增加总风力发电时，按照虚拟负载率从小到大的顺序，选择虚拟负载率Ri最大的风电场，增加该风电场的有功功率；
(8-2)当电网当前需要减少总风力发电时，按照虚拟负载率从大到小的顺序，选择虚拟负载率Ri最小的风电场，减少该风电场的有功功率；
(8-3)当电网当前需要保持总风力发电时，选择虚拟负载率最小的风电场，增加该风电场的有功功率，同时选择虚拟负载率最大的风电场，减少该风电场的有功功率；
(9)将计算得的各风电场有功功率调节指令下发到各个风电场执行。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种基于多种交易计划虚拟负载率的风电场有功功率控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)电网调度中心的有功功率调度控制系统以周期Tc向电网中的各风电场下发有功功率控制指令；
(2)在每个周期Tc到来时，设电网中各风电场的交易计划权重系数值Fi＝0，Fi为小于等于0的整数，设各风电场的容量调整基值
Figure FDA0002806282520000011
将
Figure FDA0002806282520000012
作为各风电场参与交易计划的处理标记，若风电场i的交易计划未处理，记
Figure FDA0002806282520000013
若风电场i的交易计划已处理，记
Figure FDA0002806282520000014
其中i为风电场的编号，n为风电场i当前参与的多种交易计划序号，n＝1,2,...,N，设置
Figure FDA0002806282520000015
的初始值均为0；
(3)在每个周期Tc到来时，从电网调度中心的有功功率调度系统实时采集风电场i的当前总有功发电功率值为
Figure FDA0002806282520000016
装机容量
Figure FDA0002806282520000017
参与各交易计划的当前时刻有功功率计划值
Figure FDA0002806282520000018
以及与各交易计划相对应的交易计划优先级
Figure FDA0002806282520000019
并设置风电场i当前的容量调整基值为：
Figure FDA00028062825200000110
有功功率计算基值变量为：
Figure FDA00028062825200000111
(4)根据风电场i的交易计划优先级
Figure FDA00028062825200000112
的值，分别判断风电场i的当前交易计划n的有效性，若
Figure FDA00028062825200000113
且n＝1,2,...,N恒成立，则判定风电场i不参与交易计划，进入步骤(6)，若任意一个
Figure FDA00028062825200000114
成立，则判定风电场i参与当前交易计划，进入步骤(5)；
(5)调整风电场i的有功功率计算基值，具体步骤如下：
(5-1)从风电场i的处理标记
Figure FDA00028062825200000115
为0的交易计划中，找到交易计划优先级
Figure FDA00028062825200000116
值为最大的交易计划，并记该交易计划序号为
Figure FDA00028062825200000117
(5-2)将风电场i的当前有功功率计算基值
Figure FDA00028062825200000118
与其参与的交易计划
Figure FDA00028062825200000119
在当前时刻的有功功率计划值
Figure FDA00028062825200000120
进行比较，若
Figure FDA00028062825200000121
则按照下式调整风电场i的有功功率计算基值
Figure FDA0002806282520000021
和交易计划权重值Fi：
Figure FDA0002806282520000022
同时，将交易计划n的标记为已处理，即
Figure FDA0002806282520000023
若
Figure FDA0002806282520000024
则按照下式调整风电场i的当前有功功率计算基值
Figure FDA0002806282520000025
和容量调整基值
Figure FDA0002806282520000026
Figure FDA0002806282520000027
同时，将交易计划n标记为已处理，即
Figure FDA0002806282520000028
(5-3)对风电场i的交易计划处理标记
Figure FDA0002806282520000029
进行判断，n＝1,2,...,N，若处理标记
Figure FDA00028062825200000210
全部为1，则该风电场参与的全部交易计划已处理完毕，进入步骤(6)；若有某个处理标记
Figure FDA00028062825200000211
仍为0，则返回步骤(5-1)；
(6)根据上述步骤(5-2)的调整结果，按照下式计算风电场i的虚拟负载率Ri：
Figure FDA00028062825200000212
(7)返回上述步骤(3)，遍历电网中的所有风电场，直至电网中全部风电场的交易计划处理完成；
(8)将上述步骤(7)生成的各风电场虚拟负载率Ri发送到电网调度中心的有功功率调度系统中，用于有功功率控制指令的计算，计算方法为：
(8-1)当电网当前需要增加总风力发电时，按照虚拟负载率从小到大的顺序，选择虚拟负载率Ri最大的风电场，增加该风电场的有功功率；
(8-2)当电网当前需要减少总风力发电时，按照虚拟负载率从大到小的顺序，选择虚拟负载率Ri最小的风电场，减少该风电场的有功功率；
(8-3)当电网当前需要保持总风力发电时，选择虚拟负载率最小的风电场，增加该风电场的有功功率，同时选择虚拟负载率最大的风电场，减少该风电场的有功功率；
(9)将计算得的各风电场有功功率调节指令下发到各个风电场执行。
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