CN110994696A - 一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法及系统 - Google Patents

一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，包括获取地区新能源场站的未来功率预测数据；将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。同时还公开了相应的系统。本发明将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求，在保证电压不越限的同时提高新能源消纳。

Description

一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法及系统，属于电力系统控制技术领域。
背景技术
近年来，分布式新能源和集中式新能源均呈现快速发展趋势，地区电网高比例多电压等级接入新能源发电已经成为发展常态，给电力系统的安全稳定运行带来新挑战。大量新能源接入各级电网末端，潮流倒送抬高接入变电站母线电压，特别是在新能源高发时段，电压越限经常发生，限制了新能源并网消纳。
电压越限不仅会导致新能源发电系统保护动作使其离网，同时还会引起变压器和线路等设备的损耗增加。现在以减少新能源发电为代价的电压控制，很难在保证消除电压越限的情况下提高新能源的消纳能力。
发明内容
本发明提供了一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，包括，
获取地区新能源场站的未来功率预测数据；
将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。
将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求的具体过程为，
A1)将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，在新能源消纳最大和网损最小的情况下，判断未来新能源有功出力是否满足电压控制需求；
A2)响应于未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节无功设备和/或新能源，转至步骤A1，否则结束。
电网优化模型为，
minf＝-αf1+βf2
Figure BDA0002299107290000021
Figure BDA0002299107290000022
等式约束，
Figure BDA0002299107290000023
不等式约束，
Figure BDA0002299107290000024
其中，f1为最大新能源消纳，f2为最小网损，α、β均为权重，N为地区的新能源场站总数，n表示地区电网节点总数，Ui、Uj分别为第i个节点和第j个节点的电压，θij为第i个节点和第j个节点的相角差值，Gij、Bij分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电导和电纳，ΔPi、ΔQi分别为第i个节点有功功率变化量和无功功率变化量，Ii为第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Pknew为第k个新能源场站的有功出力。
调节无功设备和/或新能源的过程为，
调节无功设备动作；
响应于无功设备动作调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节新能源场站的无功功率；
响应于无功设备动作和新能源场站无功功率调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节新能源有功功率。
调节无功设备动作，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure BDA0002299107290000031
其中，Ii为第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui为第i个节点的电压，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限，Ti″为第i″台有载调压变压器的分接头档位。
调节无功设备动作后，调节新能源场站无功功率，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure BDA0002299107290000041
其中，Ii′为调节无功设备动作后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui′为调节无功设备动作后第i个节点的电压，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限。
调节无功设备动作和新能源场站无功功率后，调节新能源有功功率，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure BDA0002299107290000042
其中，Ii″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点的电压，PGi为第i个节点的无功出力，PGimin、PGimax分别为第i个节点的无功出力的下限和上限。
一种新能源高渗透地区的电网电压控制系统，包括，
数据获取模块：获取地区新能源场站的未来功率预测数据；
分析模块：将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行新能源高渗透地区的电网电压控制方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行新能源高渗透地区的电网电压控制方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求，在保证电压不越限的同时提高新能源消纳。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，包括以下步骤：
步骤1，获取地区电网参数、量测和约束限值；获取无功设备的可用状态；获取地区新能源场站的未来功率预测数据。
电网参数包括节点编号、节点类型、节点的电压等级、变压器电阻和电抗、电容电抗器的容量、各线路的电阻、电抗和电纳、基准电压和基准功率。电网量测包括各节点的有功负荷和无功负荷、新能源等值机组输出的有功功率、无功功率、变压器变比。约束限值包括各母线电压的无功电压控制上下限，新能源等值机组的有功上下限、无功上下限。
无功设备的可用状态包括电容电抗器冷备用、变压器冷备用、电容电抗器挂牌、变压器挂牌、电容电抗器保护动作等信号，无功设备不可调节。
未来功率预测数据为从新能源功率预测系统内获取的未来4小时每隔15分钟的16个节点的新能源全场有功功率预测值。
步骤2，将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，在新能源消纳最大和网损最小的情况下，判断未来新能源有功出力是否满足电压控制需求，即判断未来15分钟新能源有功出力是否满足电压控制需求。
根据获取的地区电网参数、量测和约束限值构建电网优化模型，具体模型如下：
电网优化模型如下：
minf＝-αf1+βf2
Figure BDA0002299107290000061
Figure BDA0002299107290000062
等式约束，
Figure BDA0002299107290000063
不等式约束，
Figure BDA0002299107290000071
其中，f1为最大新能源消纳，f2为最小网损，α、β均为权重，N为地区的新能源场站总数，n表示地区电网节点总数，Ui、Uj分别为第i个节点和第j个节点的电压，θij为第i个节点和第j个节点的相角差值，Gij、Bij分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电导和电纳，ΔPi、ΔQi分别为第i个节点有功功率变化量和无功功率变化量，Ii为第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Pknew为第k个新能源场站的有功出力。
如果优化求解不收敛时，修正Uimin、Uimax，使优化计算后得到的节点i电压暂时满足约束条件，待通过步骤3中的调节措施，使母线电压调回到安全约束范围。
步骤3，响应于未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节无功设备和/或新能源，转至步骤2，否则结束，输出优化结果，即无功设备和/或新能源的调节措施。
调节无功设备和/或新能源的过程如下：
31)调节无功设备动作；
32)响应无功设备动作调节后，于未来新能源有功出力满足电压控制需求，则结束；响应于无功设备动作调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，转至33；
33)调节新能源场站的无功功率；
34)响应于无功设备动作和新能源场站无功功率调节后，未来新能源有功出力满足电压控制需求，则结束；响应于无功设备动作和新能源场站无功功率调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，转至35；
35)调节新能源有功功率。
上述调节中，有限调节无功设备动作，其次调节新能源场站的无功功率，最后无可调节无功资源时，调节新能源有功功率。
调节时，电网优化模型的约束条件也会有变化，具体如下：
在考虑电压安全的情况下，调节无功设备动作(即变压器、电容电抗器)，设置新能源场站的无功功率和有功功率为不可调，即新能源场站的无功功率和有功功率是已知量，电网优化模型中的不等式约束变为：
Figure BDA0002299107290000081
其中，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限，Ti″为第i″台有载调压变压器的分接头档位，设置调节范围为可升降一档。
调节无功设备动作后，调节新能源场站无功功率，设置新能源有功功率为不可调节量，即新能源有功出力为已知量，电网优化模型中的不等式约束变为：
Figure BDA0002299107290000082
其中，Ii′为调节无功设备动作后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Ui′为调节无功设备动作后第i个节点的电压，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限。
调节无功设备动作和新能源场站无功功率后，调节新能源有功功率，电网优化模型中的不等式约束变为：
Figure BDA0002299107290000091
其中，Ii″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Ui″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点的电压，PGi为第i个节点的无功出力，PGimin、PGimax分别为第i个节点的无功出力下限和上限。
上述将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求，即消除电压越限，在保证电压不越限的同时提高新能源消纳。
如图2所示，一种新能源高渗透地区的电网电压控制系统，包括，
数据获取模块：获取地区电网参数、量测和约束限值；获取无功设备的可用状态；获取地区新能源场站的未来功率预测数据。
分析模块：将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。
输出模块：响应于未来新能源有功出力满足电压控制需求，输出无功设备和/或新能源的调节措施。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备新能源高渗透地区的电网电压控制方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行新能源高渗透地区的电网电压控制方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：包括，
获取地区新能源场站的未来功率预测数据；
将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。
2.根据权利要求1所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求的具体过程为，
A1)将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，在新能源消纳最大和网损最小的情况下，判断未来新能源有功出力是否满足电压控制需求；
A2)响应于未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节无功设备和/或新能源，转至步骤A1，否则结束。
3.根据权利要求2所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：电网优化模型为，
minf＝-αf1+βf2
Figure FDA0002299107280000011
Figure FDA0002299107280000012
等式约束，
Figure FDA0002299107280000021
不等式约束，
Figure FDA0002299107280000022
其中，f1为最大新能源消纳，f2为最小网损，α、β均为权重，N为地区的新能源场站总数，n表示地区电网节点总数，Ui、Uj分别为第i个节点和第j个节点的电压，θij为第i个节点和第j个节点的相角差值，Gij、Bij分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电导和电纳，ΔPi、ΔQi分别为第i个节点有功功率变化量和无功功率变化量，Ii为第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Pknew为第k个新能源场站的有功出力。
4.根据权利要求2所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：调节无功设备和/或新能源的过程为，
调节无功设备动作；
响应于无功设备动作调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节新能源场站的无功功率；
响应于无功设备动作和新能源场站无功功率调节后，未来新能源有功出力不满足电压控制需求，调节新能源有功功率。
5.根据权利要求4所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：调节无功设备动作，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure FDA0002299107280000031
其中，Ii为第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui为第i个节点的电压，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限，Ti″为第i″台有载调压变压器的分接头档位。
6.根据权利要求4所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：调节无功设备动作后，调节新能源场站无功功率，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure FDA0002299107280000032
其中，Ii′为调节无功设备动作后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui′为调节无功设备动作后第i个节点的电压，QCi′为第i′个电容电抗器的无功补偿容量，QCi′min、QCi′max分别为第i′个电容电抗器的无功补偿容量的下限和上限。
7.根据权利要求4所述的一种新能源高渗透地区的电网电压控制方法，其特征在于：调节无功设备动作和新能源场站无功功率后，调节新能源有功功率，电网优化模型中的不等式约束变为，
Figure FDA0002299107280000041
其中，Ii″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点和第j个节点之间支路的电流，Iimin、Iimax分别为第i个节点和第j个节点之间支路的电流下限和上限，Uimin、Uimax分别为第i个节点的电压幅值下限和上限，Ui″为调节无功设备动作和新能源场站无功功率后第i个节点的电压，PGi为第i个节点的无功出力，PGimin、PGimax分别为第i个节点的无功出力的下限和上限。
8.一种新能源高渗透地区的电网电压控制系统，其特征在于：包括，
数据获取模块：获取地区新能源场站的未来功率预测数据；
分析模块：将未来功率预测数据带入以新能源消纳最大和网损最小的电网优化模型，通过调节无功设备和/或新能源，使未来新能源有功出力满足电压控制需求。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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