CN110011363B - 一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法 - Google Patents

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CN110011363B CN201811429716.8A CN201811429716A CN110011363B CN 110011363 B CN110011363 B CN 110011363B CN 201811429716 A CN201811429716 A CN 201811429716A CN 110011363 B CN110011363 B CN 110011363B
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    • Y02E10/70—Wind energy
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Abstract

一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，该方法步骤如下：对于不存在多个风电输电断面的电力系统，根据电力系统需要调节的功率∆P，经过分配算法计算得到的每个风电场的功率变化分配值是
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，直接下发到各个风电场。首先实时获得电力系统调频需要的有功功率变化值∆P作为系统输入，∆P是电网的调频调度指令。然后利用市场的商用预测软件预测各个风电场下周期的功率变化值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，此值也作为系统输入。

Description

一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法
技术领域
本发明涉及一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法
背景技术
根据风力资源分布形势，弃风问题十分突出，风电的很大一部分没有得到有效利用。
风力发电是可再生能源受天气影响具有间歇性和波动性特点。由于其发电功率随机波动较大、可调节性差，并网时会产生较大的冲击电流，从而会引起电网频率偏差、电压波动与闪变，引起馈线中的潮流发生变化，进而影响稳态电压分布和无功特性，使电网的不可控性和调峰容量难度增大。所以进行风电集群控制显得尤为重要，将所有风电场集中起来进行发电，可以有效减小对电网的冲击，降低单个风电场功率变化率，使风电集群整体的功率变化率保持最低。
为了保证风电的发电质量，降低弃风量，解决风电的消纳问题，并且让风电在电网的调频中发挥作用，满足电力系统的供电要求，急需一种风电集群的有功功率分配方法，从而提高风电利用率和电网的可靠性。现在应用的分配算法大多没有考虑到风电功率预测，并且不能保证风电集群总的功率波动最小，增大了分配误差和以及功率波动。
发明内容
发明目的：
本发明的目的是提供一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，用以解决风电场集群有功出力合理分配问题，在提高风电利用率和电网的可靠性的前提下，使风电场的功率波动最小。
技术方案：
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案包括：一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，该方法步骤如下：
对于不存在多个风电输电断面的电力系统，根据电力系统需要调节的功率ΔP，经过分配算法计算得到的每个风电场的功率变化分配值是ΔPTi，直接下发到各个风电场。
首先实时获得电力系统调频需要的有功功率变化值ΔP作为系统输入，ΔP是电网的调频调度指令。
然后利用市场的商用预测软件预测各个风电场下周期的功率变化值
Figure BDA0001881225350000011
此值也作为系统输入。
然后确定各个风电场进入调频模式有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000012
并且实时检测各个风电场t时刻实际可发出的功率
Figure BDA0001881225350000013
各个风电场调频起始时刻的有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000014
是各个风电场参与调频进行容量预留之后未加任何限制所发出的实时功率，各个风电场t时刻的有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000015
是各个风电场在调频起始时刻
Figure BDA0001881225350000016
的基础上经过前t-1时刻一系列的计算得到的t时刻的有功功率初始值。之后下发到风电场的值是功率变化值ΔPTi，则下一时刻控制第i个风电场需要发出的有功功率应为
Figure BDA0001881225350000017
之后也是在
Figure BDA0001881225350000018
的基础上进行ΔPTi的叠加。
再通过对有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000019
和可发出的实际功率
Figure BDA00018812253500000110
的计算对风电场的预测功率进行修正。具体方法为：
Figure BDA00018812253500000111
最后在调频约束条件下，以风电出力最大化，各风电场功率波动最小化为目标，计算下一时段各个风电场需要调节的有功功率ΔPTi，并作为输出进行分配下发。
首先计算出本周期风电集群的总功率波动预测值
Figure BDA0001881225350000021
其中
Figure BDA0001881225350000022
为风电集群本周期总的功率变化预测值；
Figure BDA0001881225350000023
为经过修正的第i个风电场本周期功率变化预测值。
此时判断
Figure BDA0001881225350000024
与ΔP的关系，如果
Figure BDA0001881225350000025
时，说明此时刻风电集群不具备调频能力，则将得到ΔPTi直接对其值进行分配下发到所属风电场，即：
Figure BDA0001881225350000026
ΔPTi是各风电场分配的有功变化值。
如果
Figure BDA0001881225350000027
时，说明风电集群具备调频能力，各风电场分配的有功变化值之和以满足电网功率变化的需求，因此对于风电集群功率变化有约束条件如：
Figure BDA0001881225350000028
设ΔPσ表示风电集群功率变化的平方和，如：
Figure BDA0001881225350000029
实现风电集群整体变化率最小是在满足风电集群功率变化约束条件的前提下实现风电集群功率变化的平方和ΔPσ取最小值，求解出ΔPTi值进行分配下发，其具体实现步骤如下：
首先根据最值求解方法，列出如下公式：
Figure BDA00018812253500000210
因为ΔPTi有取值范围且最大取值为
Figure BDA00018812253500000211
求平均值
Figure BDA00018812253500000212
如公式：
Figure BDA00018812253500000213
对于小于等于
Figure BDA00018812253500000214
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式：
Figure BDA00018812253500000215
并求小于等于
Figure BDA00018812253500000216
的
Figure BDA00018812253500000217
的和
Figure BDA00018812253500000218
Figure BDA00018812253500000219
表示小于等于
Figure BDA00018812253500000220
的预测值
Figure BDA00018812253500000221
的和。具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000222
并设小于等于
Figure BDA00018812253500000223
的风电场个数为j个。
然后求待分配的剩余功率变化值
Figure BDA00018812253500000224
表示待分配功率变化值。具体求解方法如公式：
Figure BDA0001881225350000031
设大于
Figure BDA0001881225350000032
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n。
求解出风电场功率分配平均值
Figure BDA0001881225350000033
如公式：
Figure BDA0001881225350000034
再判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure BDA0001881225350000035
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为
Figure BDA0001881225350000036
的值，如公式：
Figure BDA0001881225350000037
如果存在小于
Figure BDA0001881225350000038
值的风电场，将
Figure BDA0001881225350000039
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n，再继续求平均值
Figure BDA00018812253500000310
如公式：
Figure BDA00018812253500000311
再对于小于等于
Figure BDA00018812253500000312
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式：
Figure BDA00018812253500000313
再求小于等于
Figure BDA00018812253500000314
的
Figure BDA00018812253500000315
的和
Figure BDA00018812253500000316
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000317
再设小于等于
Figure BDA00018812253500000318
的风电场个数为j个。
再求待分配的剩余功率变化值
Figure BDA00018812253500000319
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000320
再设大于
Figure BDA00018812253500000321
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n。
再求解出风电场功率分配平均值
Figure BDA00018812253500000322
如公式：
Figure BDA00018812253500000323
再判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure BDA00018812253500000324
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为
Figure BDA00018812253500000325
的值；如果存在小于
Figure BDA00018812253500000326
值的风电场，则将
Figure BDA00018812253500000327
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n。
如果存在小于
Figure BDA00018812253500000328
值的风电场求解过程依然重复上述计算过程，继续按照上述方法进行计算，直到求到全部不小于
Figure BDA00018812253500000329
并且对求到的ΔPTi进行分配下发。
优点效果：
一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，是让风电集群参与电力系统调频。首先根据功率变化预测值和调频约束确定出需要调节的功率，最后根据各个风电场的功率变化情况以及需要调节的功率计算出各个风电场的出力情况。本发明涉及调度中心到电场的区间，是一种非常实用的风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，在保证实现风电集群对电力系统频率调节的基础上，实现了风电集群出力最大化以及风电集群整体功率波动最小化。
附图说明
图1为总体实施过程流程图；
图2为分配算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
对于不存在多个风电输电断面的电力系统，根据电力系统需要调节的功率ΔP，经过分配算法计算得到的每个风电场的功率变化分配值是ΔPTi，直接下发到各个风电场。
首先实时获得电力系统调频需要的有功功率变化值ΔP作为系统输入，ΔP是电网的调频调度指令。
然后利用市场的商用预测软件预测各个风电场下周期的功率变化值
Figure BDA0001881225350000041
此值也作为系统输入。
然后确定各个风电场进入调频模式有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000042
并且实时检测各个风电场t时刻实际可发出的功率
Figure BDA0001881225350000043
各个风电场调频起始时刻的有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000044
是各个风电场参与调频进行容量预留之后未加任何限制所发出的实时功率，各个风电场t时刻的有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000045
是各个风电场在调频起始时刻
Figure BDA0001881225350000046
的基础上经过前t-1时刻一系列的计算得到的t时刻的有功功率初始值。之后下发到风电场的值是功率变化值ΔPTi，则下一时刻控制第i个风电场需要发出的有功功率应为
Figure BDA0001881225350000047
之后也是在
Figure BDA0001881225350000048
的基础上进行ΔPTi的叠加。
再通过对有功功率初始值
Figure BDA0001881225350000049
和可发出的实际功率
Figure BDA00018812253500000410
的计算对风电场的预测功率进行修正。具体方法为：
Figure BDA00018812253500000411
最后在调频约束条件下，以风电出力最大化，各风电场功率波动最小化为目标，计算下一时段各个风电场需要调节的有功功率ΔPTi，并作为输出进行分配下发。
以单个200MW风电场为例举例说明如何对预测功率进行修正以及初始功率
Figure BDA00018812253500000412
和实际可发功率
Figure BDA00018812253500000413
的关系，如表一所示：
表一：200MW风电场预测功率修正
Figure BDA00018812253500000414
由表一可以看出：初始功率必然小于等于实际可发功率；预测值必须经过修正，否则一旦预测功率变化值比实际值可变化功率值小，会造成分配的功率越来越小，最终风电场发出的功率将会为零。分配功率ΔPTi如何计算详见下文。
首先计算出本周期风电集群的总功率波动预测值
Figure BDA0001881225350000051
其中
Figure BDA0001881225350000052
为风电集群本周期总的功率变化预测值；
Figure BDA0001881225350000053
为经过修正的第i个风电场本周期功率变化预测值。
此时判断
Figure BDA0001881225350000054
与ΔP的关系，如果
Figure BDA0001881225350000055
时，说明此时刻风电集群不具备调频能力，则将得到ΔPTi直接对其值进行分配下发到所属风电场，即：
Figure BDA0001881225350000056
ΔPTi是各风电场分配的有功变化值。
如果
Figure BDA0001881225350000057
时，说明风电集群具备调频能力，各风电场分配的有功变化值之和以满足电网功率变化的需求，因此对于风电集群功率变化有约束条件如：
Figure BDA0001881225350000058
设ΔPσ表示风电集群功率变化的平方和，如：
Figure BDA0001881225350000059
实现风电集群整体变化率最小是在满足风电集群功率变化约束条件的前提下实现风电集群功率变化的平方和ΔPσ取最小值，求解出ΔPTi值进行分配下发，其具体实现步骤如下：
首先根据最值求解方法，列出如下公式：
Figure BDA00018812253500000510
因为ΔPTi有取值范围且最大取值为
Figure BDA00018812253500000511
求平均值
Figure BDA00018812253500000512
如公式：
Figure BDA00018812253500000513
对于小于等于
Figure BDA00018812253500000514
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式：
Figure BDA00018812253500000515
并求小于等于
Figure BDA00018812253500000516
的
Figure BDA00018812253500000517
的和
Figure BDA00018812253500000518
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000519
并设小于等于
Figure BDA00018812253500000520
的风电场个数为j个。
然后求待分配的剩余功率变化值
Figure BDA00018812253500000521
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000522
设大于
Figure BDA00018812253500000523
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n。
求解出风电场功率分配平均值
Figure BDA00018812253500000524
如公式：
Figure BDA0001881225350000061
再判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure BDA0001881225350000062
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为
Figure BDA0001881225350000063
的值，如公式：
Figure BDA0001881225350000064
如果存在小于
Figure BDA0001881225350000065
值的风电场，将
Figure BDA0001881225350000066
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n，再继续求平均值
Figure BDA0001881225350000067
如公式：
Figure BDA0001881225350000068
再对于小于等于
Figure BDA0001881225350000069
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式：
Figure BDA00018812253500000610
再求小于等于
Figure BDA00018812253500000611
的
Figure BDA00018812253500000612
的和
Figure BDA00018812253500000613
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000614
再设小于等于
Figure BDA00018812253500000615
的风电场个数为j个。
再求待分配的剩余功率变化值
Figure BDA00018812253500000616
具体求解方法如公式：
Figure BDA00018812253500000617
再设大于
Figure BDA00018812253500000618
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n。
再求解出风电场功率分配平均值
Figure BDA00018812253500000619
如公式：
Figure BDA00018812253500000620
再判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure BDA00018812253500000621
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为
Figure BDA00018812253500000622
的值；如果存在小于
Figure BDA00018812253500000623
值的风电场，则将
Figure BDA00018812253500000624
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n。
如果存在小于
Figure BDA00018812253500000625
值的风电场求解过程依然重复上述计算过程，继续按照上述方法进行计算，直到求到全部不小于
Figure BDA00018812253500000626
并且对求到的ΔPTi进行分配下发
以一个风电集群下有五个风电场为例，五个风电场容量分别为200MW、200MW、150MW、250MW、100MW。对两个周期的功率变化分配值ΔPTi参考图2流程进行分配计算，如表二所示：
表二：两个周期功率变化分配值ΔPTi计算表格
Figure BDA00018812253500000627
Figure BDA0001881225350000071
T1时刻由于
Figure BDA0001881225350000072
所以直接对修正值进行下发；
T2时刻由于
Figure BDA0001881225350000073
所以按照算法求：
Figure BDA0001881225350000074
对于小于10的预测修正值直接进行下发，W3、W4风电场的分配值由此得到，即ΔPT3＝6，ΔPT4＝-10
再求：
Figure BDA0001881225350000075
Figure BDA0001881225350000076
Figure BDA0001881225350000077
此时存在小于
Figure BDA0001881225350000078
的值的风电场，继续进行计算：
这时候ΔP＝54，n＝3，小于平均值部分直接进行下发分配，所以ΔPT5＝14。
Figure BDA0001881225350000079
Figure BDA00018812253500000710
Figure BDA00018812253500000711
此时仍然存在小于
Figure BDA00018812253500000712
的值的风电场，继续进行计算：
这时候ΔP＝40，n＝2，小于平均值部分直接进行下发分配，所以ΔPT1＝19。
Figure BDA00018812253500000713
Figure BDA00018812253500000714
Figure BDA00018812253500000715
此时不存在小于
Figure BDA00018812253500000716
的值的风电场，将平均值
Figure BDA00018812253500000717
直接进行下发到剩余的风电场进行分配，所以ΔPT2＝21。

Claims (3)

1.一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，其特征在于：对于不存在多个风电输电断面的电力系统，根据电力系统需要调节的功率ΔP，经过分配算法计算得到的每个风电场的有功功率变化分配值是ΔPTi，下发到各个风电场，其特征在于此分配方法分为五个步骤，具体如下：
(1)实时获得电力系统调频需要的有功功率变化值ΔP，ΔP作为电网系统输入的调频调度指令；
(2)实时获得各个风电场下周期预测的功率变化值
Figure FDA0004059159090000011
作为系统输入，
Figure FDA0004059159090000012
的获取是利用市场的商用预测软件实现；
(3)确定各个风电场进入调频模式有功功率初始值，起始时刻为
Figure FDA0004059159090000013
t时刻为
Figure FDA0004059159090000014
并且实时检测各个风电场t时刻能实际发出的功率
Figure FDA0004059159090000015
作为系统的输入；
(4)计算修正风电场的预测功率
Figure FDA0004059159090000016
为
Figure FDA0004059159090000017
(5)在调频约束条件下，以风电出力最大化，各风电场功率波动最小化为目标，计算下一时段各个风电场需要调节的有功功率变化分配值是ΔPTi，并作为输出进行分配下发；
步骤(5)分配下一时段各个风电场的有功功率输出：
步骤a计算出本周期各风电集群的总功率波动预测值
Figure FDA0004059159090000018
Figure FDA0004059159090000019
为风电集群本周期总的功率变化预测值；
Figure FDA00040591590900000110
为经过修正的第i个风电场本周期功率变化预测值；
步骤b如果
Figure FDA00040591590900000111
时，说明此时刻风电集群不具备调频能力，则将得到ΔPTi直接对其值进行分配下发到所属风电场，即：
Figure FDA00040591590900000112
ΔPTi是各风电场的有功功率变化分配值是ΔPTi；
步骤c如果
Figure FDA00040591590900000113
时，说明风电集群具备调频能力，各风电场分配的有功变化值之
Figure FDA00040591590900000114
Figure FDA00040591590900000115
设ΔPσ表示风电集群功率变化的平方和，如公式(5)：
Figure FDA00040591590900000116
实现风电集群整体变化率最小是在满足公式(4)的前提下实现公式(5)中ΔPσ取最小值，求解出ΔPTi值进行分配下发；
在步骤c中提及的实现风电集群整体变化率最小是在满足公式(4)的前提下实现公式(5)中ΔPσ取最小值，其具体实现步骤如下：
(a)、根据最值求解方法，列出如下公式：
Figure FDA0004059159090000021
(b)、求平均值
Figure FDA0004059159090000022
如公式(6)：
Figure FDA0004059159090000023
(c)、对于小于等于
Figure FDA0004059159090000024
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式(7)，并求小于等于
Figure FDA0004059159090000025
的
Figure FDA0004059159090000026
的和
Figure FDA0004059159090000027
Figure FDA0004059159090000028
表示小于等于
Figure FDA0004059159090000029
的预测值
Figure FDA00040591590900000210
的和；具体求解方法如公式(8)，并设小于等于
Figure FDA00040591590900000211
的风电场个数为j个；
Figure FDA00040591590900000212
Figure FDA00040591590900000213
(d)求待分配的剩余功率变化值
Figure FDA00040591590900000214
Figure FDA00040591590900000215
表示待分配功率变化值；具体求解方法如公式(9)，设大于
Figure FDA00040591590900000216
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n；求解出风电场功率分配平均值
Figure FDA00040591590900000217
如公式(10)：
Figure FDA00040591590900000218
Figure FDA00040591590900000219
(e)判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure FDA00040591590900000220
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为如公式(10)所示的
Figure FDA00040591590900000221
值，如公式(11)：
Figure FDA00040591590900000222
上述步骤(e)中如果存在小于
Figure FDA00040591590900000223
值的风电场，将
Figure FDA00040591590900000224
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n，再继续求平均值
Figure FDA00040591590900000225
如公式：
Figure FDA00040591590900000226
再对于小于等于
Figure FDA00040591590900000227
的功率变化预测值直接进行下发到所属风电场，如公式：
Figure FDA00040591590900000228
再求小于等于
Figure FDA00040591590900000229
的
Figure FDA00040591590900000230
的和
Figure FDA00040591590900000231
具体求解方法如公式：
Figure FDA00040591590900000232
再设小于等于
Figure FDA0004059159090000031
的风电场个数为j个；
再求待分配的剩余功率变化值
Figure FDA0004059159090000032
具体求解方法如公式：
Figure FDA0004059159090000033
再设大于
Figure FDA0004059159090000034
的值的风电场的个数为k个，则j+k＝n；
再求解出风电场功率分配平均值
Figure FDA0004059159090000035
如公式：
Figure FDA0004059159090000036
再判断待分配风电场的功率变化预测值是否全部不小于
Figure FDA0004059159090000037
如果是全部不小于，则下发到剩余风电场的功率变化值ΔPTi即为
Figure FDA0004059159090000038
的值；如果存在小于
Figure FDA0004059159090000039
值的风电场，则将
Figure FDA00040591590900000310
赋值给ΔP，剩余风电场个数k赋值给n；
如果存在小于
Figure FDA00040591590900000311
值的风电场求解过程依然重复上述计算过程，继续按照上述方法进行计算，直到求到全部不小于
Figure FDA00040591590900000312
并且对求到的ΔPTi进行分配下发。
2.根据权利要求1所述的一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，其特征在于：步骤(3)中提及的各个风电场调频起始时刻的有功功率初始值
Figure FDA00040591590900000313
是各个风电场参与调频进行容量预留之后未加任何限制所发出的实时功率；各个风电场t时刻的有功功率初始值
Figure FDA00040591590900000314
是各个风电场在调频起始时刻
Figure FDA00040591590900000315
的基础上经过前t-1时刻一系列的计算得到的t时刻的有功功率初始值；之后下发到风电场的值是功率变化值ΔPTi，则下一时刻控制第i个风电场需要发出的有功功率应为
Figure FDA00040591590900000316
之后也是在
Figure FDA00040591590900000317
的基础上进行ΔPTi的叠加。
3.根据权利要求1所述的一种风电集群参与电力系统调频的有功功率分配方法，其特征在于：步骤(4)中提及的各个风电场的预测功率
Figure FDA00040591590900000318
修正为
Figure FDA00040591590900000319
通过对有功功率初始值
Figure FDA00040591590900000320
和能发出的实际功率
Figure FDA00040591590900000321
的计算对风电场的预测功率进行修正，具体修正方法如公式(1)：
Figure FDA00040591590900000322
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