CN109217378B - 适用于新能源的功率波动调节方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适用于新能源的功率波动调节方法与装置，属于电力系统稳定控制技术领域，在检测新能源实时出力与新能源预测出力发生偏差、负荷实时出力与负荷预测出力发生偏差、注入节点的实时测量功率与预测功率发生偏差时，通过主动调节新能源出力，包括控制调节新能源的功率和控制调节负荷的功率，避免功率波动扩大，从而实现系统功率平滑控制，保证电力系统运行的稳定。

Description

适用于新能源的功率波动调节方法与装置
技术领域
本发明属于电力系统稳定控制技术领域，具体涉及适用于新能源的功率波动调节方法与装置。
背景技术
光伏发电机出力和风力发电机出力等新能源出力具有波动性和不确定性的特点，当电力系统内新能源占比较小时，新能源波动可看作负荷预测误差，但当新能源比重超过一定比例时，其出力的波动性和不确定性将会给电网带来诸多挑战，影响电网电能质量及系统安全稳定性，增大了电网调峰以及电网运行方式安排的难度。
当风力发电机出力占系统最大负荷比例超过一定比例时，由于风力发电机出力的间歇性及波动性，对风力发电的接纳能力受到诸多安全经济因素的制约。当负荷和风电波动超过电力系统调峰极限时，电网将难以平衡风电出力，在所有其他电源调节到最低出力情况下，需要对风力发电输出功率进行限制。
目前，对于风电场等新能源系统的频率调节主要是被动式调节，即待电网频率高于某一限值，电网调度部门降低新能源的有功功率，严重时切除这个风电场。这种被动式调节虽然能保证设备不过载，但易造成电力系统潮流的大幅度波动，影响电力系统运行的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供适用于新能源的功率波动调节方法与装置，用于解决现有新能源系统的频率调节采用被动式调节导致电力系统潮流大幅度波动、影响电力系统稳定运行的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种适用于新能源的功率波动调节方法，包括以下步骤：
1)对新能源系统的新能源出力、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率；
2)计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P；
3)当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload；当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload；当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw；
当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+ △Pload；当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△ Ppw-△Pload；当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种适用于新能源的功率波动调节装置，包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
1)对新能源系统的新能源出力、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率；
2)计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P；
3)当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload；当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload；当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw；
当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+ △Pload；当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△ Ppw-△Pload；当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw。
上述方法和装置在检测新能源实时出力与新能源预测出力发生偏差时，主动调节新能源出力，包括控制调节新能源的功率和控制调节负荷的功率，避免功率波动扩大，从而实现系统功率平滑控制，保证电力系统运行的稳定。
为保证新能源预测出力的准确性，上述方法和上述装置的处理器通过以下步骤得到该新能源预测出力：
(1)获取新能源系统的历史发电功率和历史气象数据，历史气象数据的气象因素包括：光强、温度、风速、风向。选取历史气象数据中至少两个气象因素，分别建立发电功率和各气象因素的函数关系，得到各气象因素影响下的发电功率；
(2)确定各气象因素的对发电功率的权重，将各气象因素影响下的发电功率与对应的权重相乘，得到权重修正后各气象因素影响下的发电功率；
(3)将权重修正后各气象因素影响下的发电功率相加，得到所述新能源预测出力。
为实现对历史气象数据的气象因素的采集，还包括连接所述存储器的光强传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器。
附图说明
图1是本发明的适用于新能源的功率波动调节方法流程图；
图2是本发明的新能源出力高于预期及负荷小于预期造成的系统有功过量示意图；
图3是本发明的新能源出力高于预期及负荷高于预期造成的系统有功过量的示意图；
图4是本发明的新能源出力低于预期及负荷低于预期造成的系统有功过量的示意图；
图5是本发明的新能源出力高于预期及负荷高于预期造成的系统有功不足的示意图；
图6是本发明的新能源出力低于预期及负荷高于预期造成的系统有功不足的示意图；
图7是本发明的新能源出力低于预期及负荷低于预期造成的系统有功不足的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
方法实施例
在电力系统中，系统中频率和有功功率间的关系为：
△f＝-Ks×△P＝Ks×(P0-P1)
式中，Ks为系统的频率调节特性；△P为系统有功功率的变化； P0、P1为不同频率下对应的功率；△f为系统频率的变化；因此当功率出现不平衡或频率发生变化时，频率和功率调整是由负荷和电源两者的调节效应来完成的。
因此，本发明的适用于新能源的功率波动调节方法，包括以下步骤：
对新能源系统的新能源出力(包括光伏发电机出力与风力发电机出力)、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率。负荷预测出力及注入节点的预测功率通过风速、光强等与历史数据的匹配得到。
计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P。
根据△Ppw、△Pload、△P的状态控制调节新能源的功率或者负荷的功率，如图1所示，分以下六种调节方式：
调节方式1：当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload，该方式的调节过程如图2所示。
调节方式2：当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload，该方式的调节过程如图3所示。
调节方式3：当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw，该方式的调节过程如图4所示。
调节方式4：当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw，该方式的调节过程如图5所示。
调节方式5：当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+△Pload，该方式的调节过程如图6所示。
调节方式6：当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△Ppw-△Pload，该方式的调节过程如图7所示。
新能源预测出力通过以下步骤得出：
(1)获取新能源系统的历史发电功率和历史气象数据，历史气象数据的气象因素包括：光强、温度、风速、风向，分别建立发电功率和各气象因素的函数关系，得到各气象因素影响下的发电功率；
(2)确定各气象因素的对发电功率的权重，将各气象因素影响下的发电功率与对应的权重相乘，得到权重修正后各气象因素影响下的发电功率；
(3)将权重修正后各气象因素影响下的发电功率相加，得到新能源预测出力，计算式如下：
Ppw＝λIPpv(I)+λTPpv(T)+λvPW(V)+λFPW(F)
式中，Ppw为新能源预测出力，Ppv(I)、Ppv(T)、PW(V)、PW(F)分别表示光强、温度、风速、风向决定的新能源预测出力，即光强、温度、风速、风向影响下的发电功率；λI、λT、λv、λF分别表示光强、温度、风速、风向在新能源预测出力中的权重，I、T、V、F分别表示日光强、日温度、日风速、日风向的数学期望，用来得到日前调度的预测结果。日前调度指根据第二天的负荷预测曲线，分配给新能源各厂站的出力。
将风速、风向、光强、温度的历史气象数据离散化，得到按日内时段分布的离散概率分布序列，绘制各气象因素的概率分布曲线，计算风速、风向、光强、温度的数学期望，得到各气象因素预测时段的值，即日光强、日温度、日风速、日风向的数学期望。
本发明根据新能源的有功功率及负荷的变化惯性趋势的预测结论，在光伏发电机出力与风力发电机之间按光强、温度、风速、风向的权重实现新能源出力精细化分配，且在功率变化的初期即对功率波动实施主动抑制，避免功率剧烈波动。
由于本实施例的新能源出力包括光伏发电机出力与风力发电机出力，因此在建立发电功率和各气象因素的函数关系时选取了光强、温度、风速、风向这四个气象因素，作为其他实施方式，当只有光伏发电机出力、没有风力发电机出力时，选取的气象因素为光强和温度，当只有风力发电机出力、没有光伏发电机出力时，选取的气象因素为风速和风向，作为影响发电功率的自变量。
装置实施例
本发明还提出一种适用于新能源的功率波动调节装置，包括存储器和处理器，以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
1)对新能源系统的新能源出力、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率；
2)计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P；
3)当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload；当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload；当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw；
当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+ △Pload；当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△ Ppw-△Pload；当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw。
为建立发电功率和各气象因素的函数关系，需要获取新能源系统的历史气象数据，因此，存储器还连接有用于检测各气象因素的数据的传感器，当选取的气象因素为光强、温度、风速、风向时，连接存储器的传感器为光强传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器，当选取的气象因素为光强和温度时，连接存储器的传感器为光强传感器和温度传感器，当选取的气象因素为风速和风向时，连接存储器的传感器为风速传感器和风向传感器。
上述实施例中所指的功率波动调节装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到计算机中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。

Claims (7)

1.一种适用于新能源的功率波动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对新能源系统的新能源出力、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率；
2)计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P；
3)当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload；当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload；当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw；
当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+△Pload；当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△Ppw-△Pload；当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw。
2.根据权利要求1所述的适用于新能源的功率波动调节方法，其特征在于，所述新能源预测出力通过以下步骤得出：
(1)获取新能源系统的历史发电功率和历史气象数据，选取历史气象数据中至少两个气象因素，分别建立发电功率和各气象因素的函数关系，得到各气象因素影响下的发电功率；
(2)确定各气象因素的对发电功率的权重，将各气象因素影响下的发电功率与对应的权重相乘，得到权重修正后各气象因素影响下的发电功率；
(3)将权重修正后各气象因素影响下的发电功率相加，得到所述新能源预测出力。
3.根据权利要求2所述的适用于新能源的功率波动调节方法，其特征在于，
当新能源出力为光伏发电机出力，则所述气象因素为光强和温度；
当新能源出力为风力发电机出力，则所述气象因素为风速和风向；
当新能源出力为光伏发电机出力和风力发电机出力，则所述气象因素为光强、温度、风速和风向。
4.一种适用于新能源的功率波动调节装置，其特征在于，包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
1)对新能源系统的新能源出力、负荷出力和新能源注入节点的功率分别进行预测，得到新能源预测出力、负荷预测出力和注入节点的预测功率；分别获取新能源系统的新能源实时出力、负荷实时出力和注入节点的实时测量功率；
2)计算新能源实时出力与新能源预测出力之差△Ppw，计算负荷实时出力与负荷预测出力之差△Pload，计算注入节点的实时测量功率与预测功率之差△P；
3)当△P>0、△Ppw>0、△Pload≤0时，控制调节新能源的功率为△Ppw+△Pload；当△P>0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节新能源的功率为△Ppw-△Pload；当△P>0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节新能源的功率为△Pload-△Ppw；
当△P<0、△Ppw<0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Ppw+△Pload；当△P<0、△Ppw<0、△Pload<0时，控制调节负荷的功率为△Ppw-△Pload；当△P<0、△Ppw>0、△Pload>0时，控制调节负荷的功率为△Pload-△Ppw。
5.根据权利要求4所述的适用于新能源的功率波动调节装置，其特征在于，所述新能源预测出力通过以下步骤得出：
(1)获取新能源系统的历史发电功率和历史气象数据，选取历史气象数据中至少两个气象因素，分别建立发电功率和各气象因素的函数关系，得到各气象因素影响下的发电功率；
(2)确定各气象因素的对发电功率的权重，将各气象因素影响下的发电功率与对应的权重相乘，得到权重修正后各气象因素影响下的发电功率；
(3)将权重修正后各气象因素影响下的发电功率相加，得到所述新能源预测出力。
6.根据权利要求5所述的适用于新能源的功率波动调节装置，其特征在于，
当新能源出力为光伏发电机出力，则所述气象因素为光强和温度；
当新能源出力为风力发电机出力，则所述气象因素为风速和风向；
当新能源出力为光伏发电机出力和风力发电机出力，则所述气象因素为光强、温度、风速和风向。
7.根据权利要求6所述的适用于新能源的功率波动调节装置，其特征在于，当气象因素为光强和温度时，还包括连接所述存储器的光强传感器和温度传感器；
当气象因素为风速和风向时，还包括连接所述存储器的风速传感器和风向传感器；
当气象因素为光强、温度、风速和风向时，还包括连接所述存储器的光强传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器。
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