CN108964121B - 计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法 - Google Patents

计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，适用于考虑水电日前/日内计划及电量目标要求的风光水有功实时控制。本发明通过电量交易执行率指标及预测调节性能指标计算出各场站的综合性能指标，引进上述场站综合性能指标作为指令分配依据，以全网可控场站指令最大为目标进行风光水有功指令的优化分配，利用水电计划的弹性来促进风电消纳，从而提高风光水协调控制的水平。

Description

计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统运行及控制技术领域，具体涉及一种适用于考虑电网安全稳定运行约束、场站日前/日内计划及电量目标要求的风光水协调实时有功控制方法。
背景技术
随着电力改革的推进和大量新能源场站的投建，大量常规能源及新能源场站正逐年递增参与到市场化电量交易中。以风光为代表的新能源有着波动性强、调节速率快的优势，近年来被广泛研究其控制特性；常规能源中火电由于调节速率受到诸多限制很少参与到实时协调控制中，水电调节速度快、发电能力预测准，正好可以弥补新能源发电的间歇性特点带来的电网功率波动，因此，水电作为清洁能源的一种越来越多的参与到电网的控制中。
现有技术中如专利“光伏电站与水电站联合运行系统及运行方法”(申请号：201510007143.X)提出的光伏、水电联合运行方法，利用水电站调节能力强且调节快速等特点，对波动性大的光伏电站进行补偿，使联合运行系统能为电网提供稳定的供电。
专利“计及电量交易计划的发电站并网有功功率实时控制方法”(申请号：201610627240.3)提出考虑风光电量性能指标、电量执行指标及电网安全稳定约束的新能源场站控制模型，以经济环保综合代价最低为目标，对所控风光场站进行指令分配。
已有的技术成果缺乏针对水电参与电网调节的协调控制方法，无法利用水电的可调空间来促进风电及光伏消纳，本发明提出的方法以全网可控场站指令最大为目标进行风光水有功指令的优化分配，利用水电计划的弹性来促进风电消纳，从而提高风光水协调控制的水平。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，以全网可控场站指令最大为目标进行风光水有功指令的优化分配，利用水电计划的弹性来促进风电消纳，从而提高风光水协调控制的水平。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，当前时刻t0需要对风光水电站进行并网有功功率实时控制时，进入步骤S2，
步骤S2，将当前时刻t0参与并网有功功率实时控制的风光电站的集合记为A，将t0时刻不参与并网有功功率实时控制的所有发电站的集合记为B，将当前时刻参与并网有功功率实时控制的水电站的集合记为C，通过公式(1)计算各个风光电站及水电站的综合控制性能指标δn,i和δi，
Figure BDA0001727465030000031
其中，αn,i为A中第i个风光电站的电量交易执行率指标，将A中第i个风光电站的电量交易计划执行周期记为Tn,i，将距t0时刻A中第i个风光电站电量交易计划的已执行时间记为Tc,n,i，将A中第i个风光电站在Tn,i内已完成及需要完成的交易计划电量分别记为Wc,n,i、Wn,i，αi为C中第i个水电站的电量完成率指标，将C中第i个水电站在当天已完成及需要完成的电量分别记为Wc,i、Wi，τn,i、τi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站有功控制系统的投运率指标，Tt,n,i、Tt,i分别为A中第i个风光电站有功控制系统月可用时间及C中第i个水电站的有功控制系统日可用时间，Tn,i、Ti分别为A中第i个风光电站月并网时间及C中第i个水电站的日并网时间，βn,i为A中第i个风光电站的并网有功功率预测性能指标，γn,i、γi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的并网有功功率控制性能指标，δn,i、δi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的综合控制性能指标，k1、k2为经济环保系数；
步骤S3，当C中水电站当前时刻t0存在日内计划时，通过公式(2)计算各个水电站的指令约束；否则通过公式(3)计算各个水电站的指令约束，
Figure BDA0001727465030000041
Figure BDA0001727465030000042
其中，
Figure BDA0001727465030000044
分别为当前时刻t0下C中的第i个水电站的并网有功指令上、下门槛值，
Figure BDA0001727465030000045
分别为第i个水电站当前时刻t0的日前计划及日内计划，ε1、ε2分别为上下限宽松参数；
步骤S4，根据公式(4)进行风光水发电集群有功指令的优化分配，若能够得到最优解P'n,i和P'i，则将其分别作为A和C中各发电站的有功指令；否则，求解公式(5)表示的优化模型，能够得到最优解P'n,i和P'i，则将其分别作为A和C中各发电站的有功指令。
Figure BDA0001727465030000043
Figure BDA0001727465030000051
其中，P'n,i、δn,i分别为A中第i个风光电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标，P'i、δi分别为C中第i个水电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标；目标函数的含义是风光水总指令和最大，促进风电及光伏消纳；
Ppre,i为(t0+△t)时刻A中第i个风光电站的并网有功功率预测值，ρ为设定的参数，ρPpre,i用于表示(t0+△t)时刻A中第i个风光电站并网有功功率可调区间的下限，对P'n,i约束条件的含义是风光电站指令受日前/日内计划约束；
Pi为t0时刻C中的第i个水电站的并网有功功率实际值，a为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率调节速度，对P'n,i约束条件的含义是水电指令受其功率调整爬坡率约束；
P'g,i为(t0+△t)时刻B中第i个发电站的并网有功功率计划值，T为调控管辖电网的对外输电通道数，P't,i为(t0+△t)时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率计划值，注入调控管辖电网为正，b为t0时刻调控管辖电网的网损系数，L为调控管辖电网中负荷数，P'l,i为(t0+△t)时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率预测值，此约束条件为功率平衡方程；
J为调控管辖电网中用于安全稳定监视的断面数，Ptl,j、Ptl,j,max分别为t0时刻安全稳定监视断面中第i个断面的有功功率实际值和安全稳定限额，ψi为第i个断面的安全稳定限额松弛系数，S0,j,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pn,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率实际值，S1,j,i为t0时刻A中第i个风光电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，S2,j,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pg,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率实际值，S3,j,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pt,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的并网有功功率实际值，S4,j,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pl,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率实际值，此约束条件为安全稳定约束。
优选的，昨日给出今日场站的96点指令计划为日前计划，今天给出的今日场站96点指令计划为日内计划。
优选的，指令计划是某一时点的电力值。
优选的，步骤S4中，采用线性规划算法求解公式(4)。
优选的，步骤S4中，采用线性规划算法求解公式(5)。
优选的，公式4中日内/日前计划如果误差较大，可能会存在线性规划算法不收敛无解的情况，则公式5去除日内/日前计划约束，必有解。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提出的方法以全网可控场站指令最大为目标进行风光水有功指令的优化分配，利用水电计划的弹性来促进风电消纳，从而提高风光水协调控制的水平。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，当前时刻t0需要对风光水电站进行并网有功功率实时控制时，进入步骤S2，
步骤S2，将当前时刻t0参与并网有功功率实时控制的风光电站的集合记为A，将t0时刻不参与并网有功功率实时控制的所有发电站的集合记为B，将当前时刻参与并网有功功率实时控制的水电站的集合记为C，通过公式(1)计算各个风光电站及水电站的综合控制性能指标δn,i和δi(下标带n的是风光电站)，
Figure BDA0001727465030000071
其中，αn,i为A中第i个风光电站的电量交易执行率指标，将A中第i个风光电站的电量交易计划执行周期记为Tn,i，将距t0时刻A中第i个风光电站电量交易计划的已执行时间记为Tc,n,i，将A中第i个风光电站在Tn,i内已完成及需要完成的交易计划电量分别记为Wc,n,i、Wn,i，αi为C中第i个水电站的电量完成率指标，将C中第i个水电站在当天已完成及需要完成的电量分别记为Wc,i、Wi，τn,i、τi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站有功控制系统的投运率指标，Tt,n,i、Tt,i分别为A中第i个风光电站有功控制系统月可用时间及C中第i个水电站的有功控制系统日可用时间，Tn,i、Ti分别为A中第i个风光电站月并网时间及C中第i个水电站的日并网时间，βn,i为A中第i个风光电站的并网有功功率预测性能指标，γn,i、γi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的并网有功功率控制性能指标，δn,i、δi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的综合控制性能指标，k1、k2为经济环保系数；
综合控制性能指标δn,i和δi是自定义的，综合指标代表电站考虑性能指标、电量完成率及经济指标后的最终量化指标，用于后面排序计算使用。经济环保系数反应场站的控制经济性。
昨日给出今日场站的96点指令计划为日前计划，今天给出的今日场站96点指令计划为日内计划。很显然，今日的计划会更准确，故存在日内计划时，应优先考虑。
步骤S3，当C中水电站当前时刻t0存在日内计划时，通过公式(2)计算各个水电站的指令约束；否则通过公式(3)计算各个水电站的指令约束，
Figure BDA0001727465030000081
Figure BDA0001727465030000082
其中，
Figure BDA0001727465030000083
分别为当前时刻t0下C中的第i个水电站的并网有功指令上、下门槛值，
Figure BDA0001727465030000093
分别为第i个水电站当前时刻t0的日前计划及日内计划，ε1、ε2分别为上下限宽松参数。
步骤S4，基于线性规划算法，根据公式(4)进行风光水发电集群有功指令的优化分配，若能够得到最优解P'n,i和P'i，则将其分别作为A和C中各场站的有功指令；否则，当采用线性规划算法求解公式(5)表示的优化模型，能够得到最优解P'n,i和P'i，则将其分别作为A和C中各场站的有功指令。
Figure BDA0001727465030000091
Figure BDA0001727465030000092
其中，P'n,i、δn,i分别为A中第i个风光电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标，P'i、δi分别为C中第i个水电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标；目标函数的含义是风光水总指令和最大，促进风电及光伏消纳；
Ppre,i为(t0+△t)时刻A中第i个风光电站的并网有功功率预测值，ρ为设定的参数，ρPpre,i用于表示(t0+△t)时刻A中第i个风光电站并网有功功率可调区间的下限，对P'n,i约束条件的含义是风光电站指令受日前/日内计划约束；
Pi为t0时刻C中的第i个水电站的并网有功功率实际值，a为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率调节速度，对P'n,i约束条件的含义是水电指令受其功率调整爬坡率约束；
P'g,i为(t0+△t)时刻B中第i个发电站的并网有功功率计划值，T为调控管辖电网的对外输电通道数，P't,i为(t0+△t)时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率计划值，注入调控管辖电网为正，b为t0时刻调控管辖电网的网损系数，L为调控管辖电网中负荷数，P'l,i为(t0+△t)时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率预测值，此约束条件为功率平衡方程，是指水电指令+风光指令<＝负荷功率-区域外送功率-不受控场站指令；
J为调控管辖电网中用于安全稳定监视的断面数，Ptl,j、Ptl,j,max分别为t0时刻安全稳定监视断面中第i个断面的有功功率实际值和安全稳定限额，ψi为第i个断面的安全稳定限额松弛系数，S0,j,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pn,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率实际值，S1,j,i为t0时刻A中第i个风光电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，S2,j,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pg,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率实际值，S3,j,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pt,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的并网有功功率实际值，S4,j,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pl,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率实际值，此约束条件为安全稳定约束。
公式4中日内/日前计划如果误差较大，可能会存在线性规划算法不收敛无解的情况。公式5去除日内/日前计划约束，必有解。
本发明提出通过电量交易执行率指标及预测调节性能指标计算出各场站的综合性能指标，基于线性规划算法，引进上述场站综合性能指标作为指令分配依据，利用水电的可调空间来促进风电及光伏消纳，以全网场站指令最大为目标，计及电量交易计划执行所涉及的安全稳定、发电站有功调节能力、发电站有功计划、电网对外输电通道有功计划和功率平衡约束要求进行风光水电站发电指令的优化分配，利用水电计划的弹性来促进风电消纳(水电电量目标为弹性目标，是以日为单位的，水电站电量目标改变水电日内指令，最终促进风光指令在约束条件内最大)，从而提高风光水协调控制的水平。
本发明中指令计划就是实时计划，是某一时点的电力值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤S1，当前时刻t0需要对风光水电站进行并网有功功率实时控制时，进入步骤S2，
步骤S2，将当前时刻t0参与并网有功功率实时控制的风光电站的集合记为A，将t0时刻不参与并网有功功率实时控制的所有发电站的集合记为B，将当前时刻参与并网有功功率实时控制的水电站的集合记为C，通过公式(1)计算各个风光电站及水电站的综合控制性能指标δn,i和δi，
Figure FDA0002916372450000011
其中，αn,i为A中第i个风光电站的电量交易执行率指标，将A中第i个风光电站的电量交易计划执行周期记为Tn,i，将距t0时刻A中第i个风光电站电量交易计划的已执行时间记为Tc,n,i，将A中第i个风光电站在Tn,i内已完成及需要完成的交易计划电量分别记为Wc,n,i、Wn,i，αi为C中第i个水电站的电量完成率指标，将C中第i个水电站在当天已完成及需要完成的电量分别记为Wc,i、Wi，τn,i、τi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站有功控制系统的投运率指标，Tt,n,i、Tt,i分别为A中第i个风光电站有功控制系统月可用时间及C中第i个水电站的有功控制系统日可用时间，Tn,i、Ti分别为A中第i个风光电站月并网时间及C中第i个水电站的日并网时间，βn,i为A中第i个风光电站的并网有功功率预测性能指标，γn,i、γi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的并网有功功率控制性能指标，δn,i、δi分别为A中第i个风光电站及C中第i个水电站的综合控制性能指标，k1、k2为经济环保系数；
步骤S3，当C中水电站当前时刻t0存在日内计划时，通过公式(2)计算各个水电站的指令约束；否则通过公式(3)计算各个水电站的指令约束，
Figure FDA0002916372450000021
Figure FDA0002916372450000022
其中，Pi,t0,max、Pi,t0,min分别为当前时刻t0下C中的第i个水电站的并网有功指令上、下门槛值，Pi,t0,rq、Pi,t0,rn分别为第i个水电站当前时刻t0的日前计划及日内计划，ε1、ε2分别为上下限宽松参数；
步骤S4，根据公式(4)进行风光水发电集群有功指令的优化分配，若能够得到最优解P′n,i和P′i，则将其分别作为A和C中各发电站的有功指令；否则，求解公式(5)表示的优化模型，能够得到最优解P′n,i和P′i，则将其分别作为A和C中各发电站的有功指令；
Figure FDA0002916372450000031
Figure FDA0002916372450000032
其中，P′n,i、δn,i分别为A中第i个风光电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标，P′i、δi分别为C中第i个水电站的并网有功功率调控指令执行值和综合控制性能指标；目标函数的含义是风光水总指令和最大，促进风电及光伏消纳；
Ppre,i为(t0+Δt)时刻A中第i个风光电站的并网有功功率预测值，ρ为设定的参数，ρPpre,i用于表示(t0+Δt)时刻A中第i个风光电站并网有功功率可调区间的下限，对P′n,i约束条件的含义是风光电站指令受日前日内计划约束；
Pi为t0时刻C中的第i个水电站的并网有功功率实际值，a为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率调节速度，对P′n,i约束条件的含义是水电指令受其功率调整爬坡率约束；
P′g,i为(t0+Δt)时刻B中第i个发电站的并网有功功率计划值，T为调控管辖电网的对外输电通道数，P′t,i为(t0+Δt)时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率计划值，注入调控管辖电网为正，b为t0时刻调控管辖电网的网损系数，L为调控管辖电网中负荷数，P′l,i为(t0+Δt)时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率预测值，此约束条件为功率平衡方程；
J为调控管辖电网中用于安全稳定监视的断面数，Ptl,j、Ptl,j,max分别为t0时刻安全稳定监视断面中第i个断面的有功功率实际值和安全稳定限额，ψi为第i个断面的安全稳定限额松弛系数，S0,j,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pn,i为t0时刻C中第i个水电站的并网有功功率实际值，S1,j,i为t0时刻A中第i个风光电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，S2,j,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pg,i为t0时刻B中第i个发电站的并网有功功率实际值，S3,j,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pt,i为t0时刻对外输电通道中第i个通道的并网有功功率实际值，S4,j,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率对安全稳定监视断面中第j个断面有功功率的灵敏度，Pl,i为t0时刻调控管辖电网中第i个负荷的有功功率实际值，此约束条件为安全稳定约束。
2.根据权利要求1所述的计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，昨日给出今日场站的96点指令计划为日前计划，今天给出的今日场站96点指令计划为日内计划。
3.根据权利要求2所述的计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，指令计划是某一时点的电力值。
4.根据权利要求1所述的计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，步骤S4中，采用线性规划算法求解公式(4)。
5.根据权利要求4所述的计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，步骤S4中，采用线性规划算法求解公式(5)。
6.根据权利要求5所述的计及水电日前日内计划及电量目标的风光水实时控制方法，其特征是，公式（ 4） 中日前日内计划误差较大，会存在线性规划算法不收敛无解的情况，则公式（ 5） 去除日前日内计划约束，必有解。
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