CN110943492B - 一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法 - Google Patents

一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,用于控制抽水蓄能机组发电,平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法包括以下步骤:步骤1:获取省级电网的频率和对外联络线功率运行数据,计算反映省级电网的有功功率控制需求的区域控制偏差;步骤2:建立抽水蓄能机组的控制约束;步骤3:将光伏波动功率叠加在区域控制偏差上得到修正后的区域控制偏差,将修正后的区域控制偏差作为抽水蓄能机组的有功功率控制目标,并考虑抽水蓄能机组的启动门槛,在控制约束下对抽水蓄能机组进行控制。本发明能够较好地平抑光伏出力波动,减轻调度人员的日常运行压力,从而提高电网运行效率,提升电网的安全稳定运行能力。

Description

一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法
技术领域
本发明属于电力系统自动发电控制技术领域,具体涉及一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法。
背景技术
风能、水能、太阳能等是可再生能源,高比例可再生能源并网成为电力系统的发展方向。然而,光伏发电都具有较强的随机性、波动性和间歇性,大规模风电和光电并网使得电力系统的安全稳定运行面临严峻考验。抽水蓄能机组作为规模大、调节性能良好的电源,可以有效平抑风力发电和光伏发电波动,提高电网对其的消纳能力。因此,对光水互补发电系统运行特性进行准确分析显得尤为重要。
对于水互补发电系统的控制,现有研究集中在结合日前、日内发电计划与AGC机组在时序上进行协调,如将满足抽水蓄能机组主要采用跟踪发电计划曲线的方式,进行开停机,抽水蓄能机组参与日常有功功率实时平衡控制,部分电网采用下发遥控指令实现故障后启停,也无法对机组调节量实现精确计算,易引发过调或欠调;人工恢复过程在机组数量较多时恢复效率降低,因抽水蓄能机组普遍装机容量较大,可能对电网产生新的有功功率冲击。
综上所述,现有研究缺乏利用抽水蓄能机组平抑光伏出力波动的相关方法。因此,需要提供一种考虑多重安全约束的平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够较好地平抑光伏出力波动,提高发的系统效率和平稳性的抽水蓄能机组发电功率控制方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,用于控制抽水蓄能机组发电,所述平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法包括以下步骤:
步骤1:获取省级电网的频率和对外联络线功率运行数据,计算反映所述省级电网的有功功率控制需求的区域控制偏差;
步骤2:建立所述抽水蓄能机组的控制约束;
步骤3:将光伏波动功率叠加在所述区域控制偏差上得到修正后的区域控制偏差,将所述修正后的区域控制偏差作为所述抽水蓄能机组的有功功率控制目标,并考虑所述抽水蓄能机组的启动门槛,在所述控制约束下对所述抽水蓄能机组进行控制。
所述步骤1中,所述区域控制偏差EACE的计算方法为:
EACE=-10B(fa-fs)+(Pa-Ps)
其中,B为所述省级电网控制区的频率偏差系数,fa为所述省级电网的实际频率,fs为所述省级电网的计划频率,Pa为所述省级电网控制区对外联络线实际潮流总加,Ps为所述省级电网控制区对外联络线潮流总计划值。
所述步骤2中,所述抽水蓄能机组的控制约束包括所述抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束、所述抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束、所述抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束以及所述抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束。
所述抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束为:
pL,i<pg,i<pH,i
其中,pL,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围下限,pg,i为抽水蓄能机组i的实际功率,pH,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围上限;
所述抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束为:
其中,Rup,u为抽水蓄能机组u的向上调节总备用容量,Nu为抽水蓄能机组u内机组总数,Rdn,u为抽水蓄能机组u的向下调节总备用容量;
所述抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束为:
其中,SL,j为输电断面j的潮流反向限额,Sj为输电断面j的实际潮流,M为关联同一输电断面j的抽水蓄能机组总数,αij为为抽水蓄能机组i对应输电断面j的灵敏度系数,Δpi为抽水蓄能机组i的发电功率待调节量,SH,j为输电断面j的潮流正向限额;
所述抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束包括所述抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束、在抽水运行工况下的功率约束和工况转换时间约束:
所述抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束为:
其中,为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节上限,/>为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的有功功率;
所述抽水蓄能机组在抽水运行工况下的功率约束为:
其中,为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节上限,/>为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的有功功率;
所述水蓄能机组的工况转换时间约束为:
其中,tc2为受到运行工况转换约束的允许控制时间,为连续运行工况转换控制屏蔽时间,tnow为当前指令下发时间。
所述步骤3中,所述修正后的区域控制偏差的计算方法为:
其中,ΔPsolar为所述光伏波动功率。
所述步骤3中,对所述抽水蓄能机组进行控制的方法为:按照设定的优先级,将所述修正后的区域控制偏差逐次分配给所述抽水蓄能机组,分配后得到本轮次分配的剩余待发控制需求,所述剩余待发控制需求小于单台所述抽水蓄能机组的启动门槛,基于所述修正后的区域控制偏差的分配情况下发对应的控制命令来控制所述抽水蓄能机组。
所述单台所述抽水蓄能机组的启动门槛小于或等于抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率调节下限。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明能够较好地平抑光伏出力波动,减轻调度人员的日常运行压力,从而提高电网运行效率,提升电网的安全稳定运行能力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例一:一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,包括以下步骤:
步骤1:获取省级电网的频率和对外联络线功率运行数据,计算反映省级电网的有功功率控制需求的区域控制偏差(arecontrol error,ACE)。
该步骤中,区域控制偏差EACE的计算方法为:
EACE=-10B(fa-fs)+(Pa-Ps) (1)
式(1)中,B为省级电网控制区的频率偏差系数,fa为省级电网的实际频率,fs为省级电网的计划频率,Pa为省级电网控制区对外联络线实际潮流总加,Ps为省级电网控制区对外联络线潮流总计划值。
步骤2:建立抽水蓄能机组的控制约束。
该步骤中,抽水蓄能机组的控制约束包括抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束、抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束、抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束以及抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束。
抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束为:
pL,i<pg,i<pH,i (2)
式(2)中,pL,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围下限,pg,i为抽水蓄能机组i的实际功率,pH,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围上限。
抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束为:
式(3)和式(4)中,Rup,u为抽水蓄能机组u的向上调节总备用容量,Nu为抽水蓄能机组u内机组总数,Rdn,u为抽水蓄能机组u的向下调节总备用容量。
抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束为:
式(5)中,SL,j为输电断面j的潮流反向限额,Sj为输电断面j的实际潮流,M为关联同一输电断面j的抽水蓄能机组总数,αij为为抽水蓄能机组i对应输电断面j的灵敏度系数,可人工简化设置为0、-1或1,Δpi为抽水蓄能机组i的发电功率待调节量,SH,j为输电断面j的潮流正向限额。
抽水蓄能机组具有三种运行工况,即抽水、停机和发电工况。在抽水和发电状态下,其发电功率约束范围应灵活调整。抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束包括抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束、在抽水运行工况下的功率约束和工况转换时间约束:
抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束为:
式(6)中,为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节上限,/>为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的有功功率。
抽水蓄能机组在抽水运行工况下的功率约束为:
式(7)中,为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节上限,/>为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的有功功率。
抽水蓄能机组在控制过程中可能发生连续运行工况转换,如先将抽水转停机,然后再停机转发电。每次转换之间需间隔一定时间。
水蓄能机组的工况转换时间约束为:
式(8)中,tc2为受到运行工况转换约束的允许控制时间,为连续运行工况转换控制屏蔽时间,tnow为当前正在执行的指令下发时间。
步骤3:将光伏波动功率叠加在区域控制偏差上得到修正后的区域控制偏差,将修正后的区域控制偏差作为抽水蓄能机组的有功功率控制目标,并考虑抽水蓄能机组的启动门槛,在控制约束下对抽水蓄能机组进行控制。
该步骤中,修正后的区域控制偏差的计算方法为:
式(9)中,ΔPsolar为光伏波动功率。通常根据光伏出力波动情况,按照光伏发电功率在1分钟的变化功率量,将其叠加在区域控制偏差上,则ΔPsolar为光伏发电功率在1分钟内的变化功率量。
进而,根据光伏出力波动情况,按照光伏发电功率在1分钟的变化功率量,考虑抽水蓄能机组的启动门槛,避免频繁开停抽水蓄能机组影响到机组的安全稳定运行。对抽水蓄能机组进行控制的方法为:按照对抽水蓄能机组人工设定的优先级,逐次分配修正后的区域控制偏差,将修正后的区域控制偏差逐次分配给抽水蓄能机组,分配后得到本轮次分配的剩余待发控制需求,剩余待发控制需求小于单台抽水蓄能机组的启动门槛,基于修正后的区域控制偏差的分配情况下发对应的控制命令来控制抽水蓄能机组。
考虑到启动成本及减少短时间内开机数量,设置当待发需求小于单机可启动门槛值时,不再下发控制命令:
式(10)中,PARR为每一个轮次的实际控制需求,Plast为每一个轮次的剩余待发控制需求,Pe为单台抽水蓄能机组,该单台抽水蓄能机组的启动门槛小于或等于抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率调节下限
上述平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,基于抽水蓄能电站的运行特征,建立了考虑电网控制目标和机组运行约束的有功功率控制模型;结合省级电网内部光伏出力波动特性,制定实现抽水蓄能机组发电功率控制策略,从而平抑光伏发电出力波动,减轻调度人员的日常运行压力,从而提高电网运行效率,提升电网的安全稳定运行能力。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,用于控制抽水蓄能机组发电,其特征在于:所述平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法包括以下步骤:
步骤1:获取省级电网的频率和对外联络线功率运行数据,计算反映所述省级电网的有功功率控制需求的区域控制偏差;
步骤2:建立所述抽水蓄能机组的控制约束;
步骤3:将光伏波动功率叠加在所述区域控制偏差上得到修正后的区域控制偏差,将所述修正后的区域控制偏差作为所述抽水蓄能机组的有功功率控制目标,并考虑所述抽水蓄能机组的启动门槛,在所述控制约束下对所述抽水蓄能机组进行控制;
所述步骤3中,对所述抽水蓄能机组进行控制的方法为:按照设定的优先级,将所述修正后的区域控制偏差逐次分配给所述抽水蓄能机组,分配后得到本轮次分配的剩余待发控制需求,所述剩余待发控制需求小于单台所述抽水蓄能机组的启动门槛,基于所述修正后的区域控制偏差的分配情况下发对应的控制命令来控制所述抽水蓄能机组。
2.根据权利要求1所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述步骤1中,所述区域控制偏差EACE的计算方法为:
EACE=-10B(fa-fs)+(Pa-Ps)
其中,B为所述省级电网控制区的频率偏差系数,fa为所述省级电网的实际频率,fs为所述省级电网的计划频率,Pa为所述省级电网控制区对外联络线实际潮流总加,Ps为所述省级电网控制区对外联络线潮流总计划值。
3.根据权利要求1所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述步骤2中,所述抽水蓄能机组的控制约束包括所述抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束、所述抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束、所述抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束以及所述抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束。
4.根据权利要求3所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述抽水蓄能机组的发电功率的可调节范围约束为:
pL,i<pg,i<pH,i
其中,pL,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围下限,pg,i为抽水蓄能机组i的实际功率,pH,i为抽水蓄能机组i的功率可调节范围上限。
5.根据权利要求3所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述抽水蓄能机组的发电功率可调节容量约束为:
其中,Rup,u为抽水蓄能机组u的向上调节总备用容量,Nu为抽水蓄能机组u内机组总数,Rdn,u为抽水蓄能机组u的向下调节总备用容量。
6.根据权利要求3所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述抽水蓄能机组关联重要输电断面的功率约束为:
其中,SL,j为输电断面j的潮流反向限额,Sj为输电断面j的实际潮流,M为关联同一输电断面j的抽水蓄能机组总数,αij为抽水蓄能机组i对应输电断面j的灵敏度系数,Δpi为抽水蓄能机组i的发电功率待调节量,SH,j为输电断面j的潮流正向限额。
7.根据权利要求3所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述抽水蓄能机组的不同运行工况下的功率和转换约束包括所述抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束、在抽水运行工况下的功率约束和工况转换时间约束:
所述抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率约束为:
其中,为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的功率调节上限,Pi gen为抽水蓄能机组i在发电运行工况下的有功功率;
所述抽水蓄能机组在抽水运行工况下的功率约束为:
其中,为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节下限,/>为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的功率调节上限,Pi pump为抽水蓄能机组i在抽水运行工况下的有功功率;所述水蓄能机组的工况转换时间约束为:
tc2>tnow+Tc mode
其中,tc2为受到运行工况转换约束的允许控制时间,Tc mode为连续运行工况转换控制屏蔽时间,tnow为当前指令下发时间。
8.根据权利要求1所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述步骤3中,所述修正后的区域控制偏差的计算方法为:
其中,EACE为所述区域控制偏差,ΔPsolar为所述光伏波动功率。
9.根据权利要求1所述的一种平抑光伏出力波动的抽水蓄能机组发电功率控制方法,其特征在于:所述单台所述抽水蓄能机组的启动门槛小于或等于抽水蓄能机组在发电运行工况下的功率调节下限。
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