CN110417023B - 一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法 - Google Patents
一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法。该方法包含分布式静态串联补偿器的配置阶段与运行控制阶段;在配置阶段,根据历史数据,提取风电典型日出力数据,在多场景下,以线路阻塞率最小为目标,确定分布式静态串联补偿器的配置地点与容量;在运行控制阶段,根据配置阶段提取的典型场景,结合分布式静态串联补偿器的配置结果,以系统运行成本最低为目标,实现分布式静态串联补偿器的运行控制,给出各个场景下分布式静态串联补偿器的控制策略。本发明与已有的灵活交流输电设备的潮流控制策略相比,所提策略可以发挥分布式静态串联补偿器灵活的特点,有效缓解海上风电接入系统造成的输电线路阻塞问题,降低系统的运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行控制领域,尤其涉及一种高渗透率海上风电背景下的分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法。
背景技术
随着海上风机制造技术的日趋成熟,以及海上风电相比于陆上风电优越的特性,加上我国东部沿海具有绵长的海岸线,具备发展海上风电的地理条件,近年来海上风电发展十分迅猛。但随着海上风电并网规模的不断增大,电力系统输电阻塞现象愈发普遍。最直接地解决输电线路阻塞的方法是进行输电线路的扩建,但是这种方法一方面投资巨大,另一方面耗时较长,因此,必须充分利用输电线路自身的输送能力,而采用灵活交流输电设备对电力系统进行潮流控制就是一个最有效的办法。
现有的研究主要集中在集中式的灵活交流输电设备的配置地点与容量,对分布式的灵活交流输电设备的研究还比较欠缺,而集中式的灵活交流输电设备相比于分布式的灵活交流输电设备具有投资成本高、可靠性差的缺点,因此,亟需开展分布式的灵活交流输电设备的配置与运行控制方法。
发明内容
本发明的目的在于缓解高渗透率海上风电接入电力系统造成的输电线路阻塞现象,提供一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种高渗透率海上风电背景下的分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法,包括两个阶段:配置阶段、运行控制阶段;在配置阶段,根据历史数据,提取风电典型日出力数据,在多场景下,以线路阻塞率最小为目标,确定分布式静态串联补偿器的配置地点与容量;在运行控制阶段,根据配置阶段提取的典型场景,结合分布式静态串联补偿器的配置结果,以系统运行成本最低为目标,实现分布式静态串联补偿器的运行控制,给出各个场景下分布式静态串联补偿器的控制策略;该方法具体实现步骤如下:
步骤1:根据历史数据,提取风电典型日出力数据,生成风电出力的典型场景;
步骤2:在配置阶段,根据生成的典型场景,以线路阻塞率最小为目标,制定配置程序,确定分布式静态串联补偿器的配置地点与容量,具体为:
目标函数为:
式中,Pij,t,s,Pij,rate分别为第s个场景下线路ij在t时刻时的传输功率以及该线路ij的最大传输容量,T、L、S分别为调度时间、线路集合以及场景数量,Πs为每个场景出现的概率。
约束条件包括网络安全约束以及分布式静态串联补偿器配置约束。
所述网络安全约束主要包括:有功平衡约束、潮流约束、发电机出力约束、线路传输极限约束、节点相角约束,即:
Pij,t=Bij(θj,t-θi,t)-BijVDSSCij,t,s
Pg,k,min≤Pg,k,t≤Pg,k,max
|Pij,t|≤Pij,lim
-π≤θi,t≤π
式中,Dit为t时刻i节点的负荷,δ+(i)与δ-(i)分别为以i节点为末端与首端的线路,Pg,k,t为t时刻发电机k的出力,Pwt为t时刻风电的并网功率,Bij为线路ij的电纳,Pij,t为t时刻线路ij上的传输功率,VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,Pij,lim为线路ij的传输容量极限,θi,t,θj,t分别为t时刻i节点与j节点的相角。
所述分布式静态串联补偿器配置约束,表示为:
0≤Nij,DSSC≤Nij,lim
式中,Nij,DSSC,Nsum,Nij,lim分别表示线路ij上分布式静态串联补偿器的单相安装数量,分布式静态串联补偿器总配置数量以及线路ij上单相允许安装的分布式静态串联补偿器的上限,分别为分布式静态串联补偿器串入线路电压的上下限(标幺值),VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,SDSSC为单个DSSC的容量,Sl为线路l的视在功率。
求解上述配置程序,可得每条线路上分布式静态串联补偿器的配置数量;
步骤3:运行控制阶段,根据配置阶段提取的典型场景,结合分布式静态串联补偿器的配置结果,以系统运行成本最低为目标,对电力系统进行优化调度,实现分布式静态串联补偿器的运行控制,给出各个场景下分布式静态串联补偿器的控制策略,具体为:
目标函数为:
式中,Cw,Cg分别为弃风成本、发电机运行成本,Pw,loss,t为t时刻风电的弃风量;Pg,k,t为t时刻第k台发电机的发电量,NG为发电机个数。
约束条件包括网络安全约束和弃风约束。
所述网络安全约束同步骤2,所述弃风约束,表示为:
0≤Pw.loss.t≤Pwt
式中,Pw,loss,t,Pwt分别为t时刻风电的弃风量与风电并网功率。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:本发明可以有效缓解高渗透海上风电接入电力系统造成的输电线路阻塞现象,有效调度系统中的发电机组,降低系统运行成本,并且提高风电的消纳水平。
附图说明
图1为验证本发明的系统示意图;
图2为本发明所提方法的流程图;
图3为装设DSSC、SSSC以及不装设FACTS设备的线路阻塞指标图;
图4为场景1下分布式静态串联补偿器的运行控制结果。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
图1所示的IEEE-RTS24节点系统(一种标准测试系统)中,19号节点接有海上风电场,系统中输电线路1-5、7-8、8-9、14-16、16-19在某些时刻会出现传输功率超过线路最大传输容量的90%,即存在发生输电线路阻塞的可能。
如图2所示,本发明提供一种高渗透率海上风电背景下的分布式静态串联补偿器配置与运行控制方法,该方法包括两个阶段:分布式静态串联补偿器配置阶段和分布式静态串联补偿器运行控制阶段。
(1)分布式静态串联补偿器配置阶段
在配置阶段,首先根据风电历史出力,生成风电出力的典型场景,接着,以线路阻塞率最小为目标,制定配置程序,确定分布式静态串联补偿器的配置地点与容量,具体为:
目标函数为:
式中,Pij,t,s,Pij,rate分别为第s个场景下线路ij在t时刻时的传输功率以及该线路ij的最大传输容量,T、L、S分别为调度时间、线路集合以及场景数量,Πs为每个场景出现的概率。
约束条件包括网络安全约束以及分布式静态串联补偿器配置约束。
所述网络安全约束主要包括:有功平衡约束、潮流约束、发电机出力约束、线路传输极限约束、节点相角约束,即:
Pij,t=Bij(θj,t-θi,t)-BijVDSSCij,t,s
Pg,k,min≤Pg,k,t≤Pg,k,max
|Pij,t|≤Pij,lim
-π≤θi,t≤π
式中,Dit为t时刻i节点的负荷,δ+(i)与δ-(i)分别为以i节点为末端与首端的线路,Pg,k,t为t时刻发电机k的出力,Pwt为t时刻风电的并网功率,Bij为线路ij的电纳,Pij,t为t时刻线路ij上的传输功率,VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,Pij,lim为线路ij的传输容量极限,θi,t,θj,t分别为t时刻i节点与j节点的相角。
所述分布式静态串联补偿器配置约束,表示为:
0≤Nij,DSSC≤Nij,lim
式中,Nij,DSSC,Nsum,Nij,lim分别表示线路ij上分布式静态串联补偿器的单相安装数量,分布式静态串联补偿器总配置数量以及线路ij上单相允许安装的分布式静态串联补偿器的上限,分别为分布式静态串联补偿器串入线路电压的上下限(标幺值),VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,SDSSC为单个DSSC的容量,Sl为线路l的视在功率。
在本实施例中,风电的典型场景如下表1所示:
表1
经配置程序得到的分布式静态串联补偿器的配置结果如下表2所示:
表2
定义为线路阻塞指标,图3示出了采用本发明方法装设DSSC、在不同线路上装设相同容量的集中式静态串联补偿器(SSSC),以及不装设柔性交流输电设备(FACTS)线路阻塞指标情况。其中,配置DSSC线路阻塞指标为0.17205,不配置FACTS设备线路阻塞指标为0.16728,而在不同线路上装设相同容量的SSSC效果介于两者之间。因此可以看出,本发明提出的分布式静态串联补偿器配置方法可以使电网拥有最小的负载率。
(2)分布式静态串联补偿器运行控制阶段
运行控制阶段,根据优化配置阶段提取的典型场景,结合分布式静态串联补偿器的优化配置结果,以系统运行成本最低为目标,对电力系统进行优化调度,实现分布式静态串联补偿器的运行控制,给出各个场景下分布式静态串联补偿器的控制策略,具体为:
目标函数为:
式中,Cw,Cg分别为弃风成本、发电机运行成本,Pw,loss,t为t时刻风电的弃风量;Pg,k,t为t时刻第k台发电机的发电量,NG为发电机个数。
约束条件包括网络安全约束和弃风约束。
所述网络安全约束同配置阶段,所述弃风约束,表示为:
0≤Pw.loss.t≤Pwt
式中,Pw,loss,t,Pwt分别为t时刻风电的弃风量与风电并网功率。
图4显示了场景1下分布式静态串联补偿器的运行控制结果。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法,其特征在于,包括两个阶段:配置阶段、运行控制阶段;在配置阶段,根据历史数据,提取风电典型日出力数据,在多场景下,以线路阻塞率最小为目标,确定分布式静态串联补偿器的配置地点与容量;在运行控制阶段,根据配置阶段提取的典型场景,结合分布式静态串联补偿器的配置结果,以系统运行成本最低为目标,实现分布式静态串联补偿器的运行控制,给出各个场景下分布式静态串联补偿器的控制策略;
所述线路阻塞率的目标函数为:
式中,Pij,t,s,Pij,rate分别为第s个场景下线路ij在t时刻时的传输功率以及该线路ij的最大传输容量,T、L、S分别为调度时间、线路集合以及场景数量,Πs为每个场景出现的概率;约束条件包括网络安全约束以及分布式静态串联补偿器配置约束;
所述系统运行成本的目标函数为:
式中,Cw,Cg分别为弃风成本、发电机运行成本,Pw,loss,t为t时刻风电的弃风量;Pg,k,t为t时刻第k台发电机的发电量,NG为发电机个数;约束条件包括网络安全约束和弃风约束;
所述网络安全约束包括:有功平衡约束、潮流约束、发电机出力约束、线路传输极限约束、节点相角约束,即:
Pij,t=Bij(θj,t-θi,t)-BijVDSSCij,t,s
Pg,k,min≤Pg,k,t≤Pg,k,max
|Pij,t|≤Pij,lim
-π≤θi,t≤π
式中,Dit为t时刻i节点的负荷,δ+(i)与δ-(i)分别为以i节点为末端与首端的线路,Pg,k,t为t时刻发电机k的出力,Pwt为t时刻风电的并网功率,Bij为线路ij的电纳,Pij,t为t时刻线路ij上的传输功率,VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,Pij,lim为线路ij的传输容量极限,θi,t、θj,t分别为t时刻i节点与j节点的相角;
所述分布式静态串联补偿器配置约束,表示为:
0≤Nij,DSSC≤Nij,lim
式中,Nij,DSSC,Nsum,Nij,lim分别表示线路ij上分布式静态串联补偿器的单相安装数量,分布式静态串联补偿器总配置数量以及线路ij上单相允许安装的分布式静态串联补偿器的上限,分别为分布式静态串联补偿器串入线路电压的上下限,VDSSCij,t,s为s场景下t时刻时线路ij上安装的分布式静态串联补偿器的串联电压,SDSSC为单个DSSC的容量,Sl为线路l的视在功率;
所述弃风约束,表示为:
0≤Pw.loss.t≤Pwt
式中,Pw,loss,t,Pwt分别为t时刻风电的弃风量与并网功率。
2.根据权利要求1所述的一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法,其特征在于,该方法应用于高渗透率海上风电背景,所述高渗透率海上风电背景即大规模的海上风电接入电力系统,从而造成输电线路阻塞现象。
3.根据权利要求1所述的一种分布式静态串联补偿器配置和运行控制方法,其特征在于,所述分布式静态串联补偿器是一种分布式潮流控制设备,可灵活的串联在输电线路上,以此实现输电线路的潮流控制。
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