CN110635520A - 一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统，根据新能源送出断面的树状、多层嵌套和有功功率单向性的特点，在给定断面分层结构的条件下，采用广域分配新能源调节功率、深度优先搜索越限断面和发电能力转移的方法实现多层次断面调节功率的分配，根据电网的运行状态实时调节各个新能源场站的有功出力，使各个新能源断面功率维持在设定限值附近，不仅可以提升电网断面的利用率和电网运行经济性，而且可以减轻调度员的调控压力。

Description

一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电网调度控制方法，尤其涉及一种以新能源多层嵌套断面功率控制为目标的控制方法及系统。

背景技术

新能源场站都集中在电网末端，输送距离远，但是电网的建设滞后于新能源的发展，网架相对薄弱，新能源在输送过程中需满足各级断面的安全约束，新能源场站受多层嵌套断面约束，相关的任一级断面越限，该场站都会被约束，调度员通过人工调度的手段，很难同时兼顾到电网各级嵌套断面的安全以及保证各新能源场站出力的公平性，为了保证电网安全，往往会造成一些不必要的限电，新能源断面的也不能被充分利用。

公布号CN104078996B的发明专利公开了一种风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，依据风电场与电网连接线路断面的有功功率实时值和上限值的偏差确定需要越限校正的断面集合，然后结合各风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的有功功率灵敏度，以及风电场有功功率调节能力约束和电网安全约束，构造二次规划模型，消除断面越限并兼顾各风电场间的公平调度。

公布号为CN108173293A的发明专利公开了一种计及电网运行约束的新能源有功出力最大值在线计算方法，通过预估稳定断面在线限额区间，计及稳定断面在线限额区间中值和调峰约束，构建考虑新能源电站、常规机组的电网安全影响性能和经济环保性能等指标的新能源有功出力最大化计算模型，再针对优化计算得到的电网运行状态进行静态安全校核，并修正稳定断面在线限额区间，通过迭代，得到满足静态安全和调峰约束的电网运行状态，最后，针对该运行状态进行暂态和动态安全校核，并通过迭代，得到满足暂态、动态安全和调峰约束的电网运行状态，将相应的新能源有功出力之和作为计及电网运行约束的新能源有功出力最大值。

上述发明从不同角度提出新能源断面功率控制方法，但均未考滤新能源多层嵌套断面有功控制，因而不能解决新能源多层嵌套断面安全控制问题，以及新能源有功分配的公平性问题，对大规模新能源接入的大电网无法有效支撑。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统，对于大规模新能源断面的树状、多层嵌套的情况，有效解决大规模新能源接入过程中的断面安全控制问题，保证所有断面功率不超过限值，实现对大电网的有效支撑；并实现具有多层断面约束的各新能源场站发电有功的公平分配，同时最大程度提高各断面功率的利用率，提高电网运行的安全性和经济性。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种新能源多层嵌套断面功率控制方法，包括以下步骤：

(1)建立新能源系统的模型，计算最外层断面的功率限值与实时功率的偏差，根据新能源场站中最外层断面的有功和限值计算出所述最外层断面下所有新能源场站的总目标出力，并将总目标出力分配至所有新能源场站；

(2)分配完后，对最外层断面的下一层子断面调节量进行安全校核，计算该子断面下场站预分配的目标值对该子断面有功所产生的调节量，比较调节量和该子断面的调节限值，若调节量大于调节限值，则更新该子断面的调节量为调节限值，并从越限的子断面开始进行该子断面以下层级的新能源场站有功的重新分配；

(3)按照步骤(2)所述方式遍历内层子断面，当最低层子断面下的新能源场站目标出力确定后，对最低层子断面下的场站进行标记，不再进行下一轮的新能源有功分配；

(4)从最外层断面的总目标出力中剔除已被标记的新能源场站目标值，将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配；

(5)重复步骤(2)-(4)，逐步由内而外确定各层断面下的新能源场站出力。

其中，步骤(1)中所述的建立新能源系统的模型，数学模型如下：

对任意断面i建立优化目标函数，并确定功率控制的等式和不等式约束条件；

设某断面i的有功功率优化目标为P′_ti，优化目标函数为：

max(P′_ti)＝f(P_ti，ΔP_lj，β_i)

等式约束条件为：

P′_ti＝P_ti+ΔP_ti

不等式约束条件为：

P′_ti≤P_ti-max

式中，i为断面标号；j为与断面i相关的新能源场站标号；m为和断面i相关联新能源场站的数量；P′_ti为断面i的期望有功；f表示算法规则；β_i为断面i的深度系数；P_ti为断面i的实时有功；ΔP_ti为断面i有功的调节量；ΔP_lj为与断面i相关的第j场站的有功调节量；P_ti-max为断面i的有功限值。

进一步的，步骤(1)中所述的将总目标出力分配至所有新能源场站，是按各场站分配系数的比例进行分配的。步骤(4)中所述的将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配，是按各场站分配系数的比例进行分配的。

上述新能源多层嵌套断面功率控制方法对应一种新能源多层嵌套断面功率控制系统，该系统包括用于执行指令的控制器、用于存储指令的存储器，所述指令由控制器加载并执行上述控制过程。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：(1)对多层嵌套断面进行控制优先级排序，优先使最外层的断面功率值接近给定的限值，其次使次外层的断面功率接近给定的限值，最后满足最内层的断面功率控制条件，能够在保证所有断面功率不超过限值的前提下，实现具有多层断面约束的各新能源场站发电有功的公平分配，同时最大程度提高各断面功率的利用率；(2)对断面进行分层控制，当底层断面功率调节受限，而全网对新能源还有接纳空间时，系统会将该断面受限出力转移给全网其它有送出空间的断面，避免不必要的限电，同时保证各层断面都有安全限值内运行。

附图说明

图1是本发明所述的新能源输电断面结构图；

图2是本发明的功率流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的新能源多层嵌套断面功率控制方法，应用在受控新能源场站与电网之间的连接线路上含有多层嵌套断面的情形下。以风电场组成的新能源场站为例，如图1所示，就为多层嵌套断面，在该断面结构图中，将每一个输电断面直接关联的所有风电场站的控制器用一个等值风电场站控制器表示(plant controller，本文中简写为PLC)，通过子断面间接关联的风电场控制器除外。则最外层断面为第一层，跟最外层断面直接关联的下级断面为第二层，与第二层中的断面直接关联的次下级断面为第三层，以此类推，再依次为第四层、第五层……。图1中最外层断面是断面1，处于第二层的是断面2和断面4，处于第三层的是断面3、断面5和断面7，处于第四层的是断面6和断面8。新能源多层嵌套断面功率控制方法的流程如图2所示，包括以下步骤：

(1)建立新能源系统的模型，计算最外层断面的功率限值与实时功率的偏差，根据新能源场站中最外层断面的有功和限值计算出所述最外层断面下所有新能源场站的总目标出力，并将总目标出力分配至所有新能源场站。

计算最外层断面(断面1)的功率限值与实时功率的偏差，并将调节功率(即功率偏差)预分配至所有相关风电场。这里的相关风电场是指该断面以下该断面包含的所有下级断面直接关联的风电场。如图1，断面1的相关风电场为所有风电场，断面2的相关风电场为PLC2的PLC3，断面3的相关风电场为PLC3，断面4的相关风电场为PLC4、PLC5、PLC6、PLC7、PLC8。同等约束条件下的各新能源场站按照初始比例系数进行功率调节，初始比例系数可以由电网调度机构直接给定。

调节功率预分配的方法是：先对任意断面i建立优化目标函数，并确定功率控制的等式和不等式约束条件，再在约束条件下对目标函数进行求解。本例中采用新能源有功最大值计算方法进行优化求解。

设某断面i的有功功率优化目标为P′_ti，则优化目标函数可以表达为：

max(P′_ti)＝f(P_ti，ΔP_lj，β_i) (1)

等式约束条件为：

P′_ti＝P_ti+ΔP_ti (2)

不等式约束条件为：

P′_ti≤P_ti-max (4)

式中，i为断面标号；j为与断面i相关的风电场标号；m为和断面i相关联风电场的数量；P′_ti为断面i的期望有功；f表示算法规则；β_i为断面i的深度系数；P_ti为断面i的实时有功；ΔP_ti为断面i有功的调节量；ΔP_lj为与断面i相关的第j风电场的有功调节量；P_ti-max为断面i的有功限值。

断面i有功的最大化由断面i的实时功率P_ti、相关风电场的有功调节量ΔP_lj和所处的深度β_i决定，如式(1)所示。断面i的期望有功P′_ti由断面i的实时功率P_ti和断面i的有功的调节量ΔP_ti组成，如式(2)所示。断面i的有功的调节量ΔP_ti由其相关风电场的有功调节量ΔP_lj决定，如式(3)所示。断面i的期望有功P′_ti不应超过给定的限值P_ti-max，如式(4)所示。

(2)分配完后，对最外层断面的下一层子断面调节量进行安全校核，计算该子断面下场站预分配的目标值对该子断面有功所产生的调节量，比较调节量和该子断面的调节限值，若调节量大于调节限值，则更新该子断面的调节量为调节限值，并从越限的子断面开始进行该子断面以下层级的新能源场站有功的重新分配。

(3)按照步骤(2)所述方式遍历内层子断面，当最低层子断面下的新能源场站目标出力确定后，对最低层子断面下的场站进行标记，不再进行下一轮的新能源有功分配。

步骤(2)和(3)具体的过程是，在每一次调节功率预分配结束后，采用深度优先搜索算法从外到内对所有断面进行功率安全限值约束条件(即公式4)的校验。如果校验到某断面i的预分配功率值超过了其功率安全限值的约束条件，则将该断面的目标功率设定为其功率安全限值P_si-max本身，并设置已确定标志，然后对其相关风电场重新预分配调节功率，并判断其子断面是否满足约束条件，以此类推，直至全部子断面满足约束条件。这里的相关风场是指该断面及其以下包含的所有下级断面直接关联的风电场。如图1，断面1的相关风电场为所有风电场，断面2的相关风电场为PLC2的PLC3，断面3的相关风电场为PLC3，断面4的相关风电场为PLC4、PLC5、PLC6、PLC7、PLC8。该步骤能够保证最大范围内各新能源场站发电的公平，防止出现局部优于整体的情况。对于大规模新能源断面的树状、多层嵌套的情况，对众多断面针对层级深度进行优先级排序能够实现具有多层断面约束的各新能源场站发电有功的公平分配，同时最大程度提高各断面功率的利用率。

(4)从最外层断面的总目标出力中剔除已被标记的新能源场站目标值，将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配；

将目标功率设定为其功率安全限值的断面的剩余未分配调节功率返回给最外层断面，然后进入步骤(1)，重新对除已确定功率分配的断面以外的其它未确定的断面相关风电场预分配调节功率，并采用相同的方法对其它断面进行校验。该步骤将受到断面约束而产生的剩余调节功率重新分配给其他未受到断面约束的新能源场站进行调节，参与调解的断面无层级限制。能够最大程度的提高各断面功率的利用率。

(5)重复步骤(2)-(4)，逐步由内而外确定各层断面下的新能源场站出力。

当所有断面均满足约束条件P′_si≤P_si-max时，搜索判断结束，下发控制指令到各风电场。

本发明所述的功率控制方法实现了断面的分层控制，一个新能源场站可同时对多个断面进行有功控制，同时满足多个断面的安全约束。当底层断面受限，而全网对新能源还有接纳空间时，系统会将该断面受限出力转移给全网其它有送出空间的断面，避免不必要的限电，同时保证各层断面都有安全限值内运行。系统在一个控制周期内，会对各新能源场站的指令进行多次计算，保证新能源场站最终的指令值即能满足所有相关断面的安全约束，又能避免新能源场站不必要的限电，提升全网对新能源的接纳能力。

Claims (5)

1.一种新能源多层嵌套断面功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立新能源系统的模型，计算最外层断面的功率限值与实时功率的偏差，根据新能源场站中最外层断面的有功和限值计算出所述最外层断面下所有新能源场站的总目标出力，并将总目标出力分配至所有新能源场站；

(2)分配完后，对最外层断面的下一层子断面调节量进行安全校核，计算该子断面下场站预分配的目标值对该子断面有功所产生的调节量，比较调节量和该子断面的调节限值，若调节量大于调节限值，则更新该子断面的调节量为调节限值，并从越限的子断面开始进行该子断面以下层级的新能源场站有功的重新分配；

(3)按照步骤(2)所述方式遍历内层子断面，当最低层子断面下的新能源场站目标出力确定后，对最低层子断面下的场站进行标记，不再进行下一轮的新能源有功分配；

(4)从最外层断面的总目标出力中剔除已被标记的新能源场站目标值，将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配；

(5)重复步骤(2)-(4)，逐步由内而外确定各层断面下的新能源场站出力。

2.根据权利要求1所述的新能源多层嵌套断面功率控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述的建立新能源系统的模型，数学模型如下：

对任意断面i建立优化目标函数，并确定功率控制的等式和不等式约束条件；

设某断面i的有功功率优化目标为P′_ti，优化目标函数为：

max(P′_ti)＝f(P_ti，ΔP_lj，β_i)

等式约束条件为：

P′_ti＝P_ti+ΔP_ti

不等式约束条件为：

P′_ti≤P_ti-max

式中，i为断面标号；j为与断面i相关的新能源场站标号；m为和断面i相关联新能源场站的数量；P′_ti为断面i的期望有功；f表示算法规则；β_i为断面i的深度系数；P_ti为断面i的实时有功；ΔP_ti为断面i有功的调节量；ΔP_lj为与断面i相关的第j场站的有功调节量；P_ti-max为断面i的有功限值。

3.根据权利要求1所述的新能源多层嵌套断面功率控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述的将总目标出力分配至所有新能源场站，是按各场站分配系数的比例进行分配的。

4.根据权利要求1所述的新能源多层嵌套断面功率控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述的将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配，是按各场站分配系数的比例进行分配的。

5.一种新能源多层嵌套断面功率控制系统，其特征在于，包括用于执行指令的控制器、用于存储指令的存储器，所述指令由控制器加载并执行以下过程：

(1)建立新能源系统的模型，计算最外层断面的功率限值与实时功率的偏差，根据新能源场站中最外层断面的有功和限值计算出所述最外层断面下所有新能源场站的总目标出力，并将总目标出力分配至所有新能源场站；

(2)分配完后，对最外层断面的下一层子断面调节量进行安全校核，计算该子断面下场站预分配的目标值对该子断面有功所产生的调节量，比较调节量和该子断面的调节限值，若调节量大于调节限值，则更新该子断面的调节量为调节限值，并从越限的子断面开始进行该子断面以下层级的新能源场站有功的重新分配；

(3)按照步骤(2)所述方式遍历内层子断面，当最低层子断面下的新能源场站目标出力确定后，对最低层子断面下的场站进行标记，不再进行下一轮的新能源有功分配；

(4)从最外层断面的总目标出力中剔除已被标记的新能源场站目标值，将剩余的目标出力重新从最外层断面开始进行有功分配；

(5)重复步骤(2)-(4)，逐步由内而外确定各层断面下的新能源场站出力。

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