CN113285469A - 一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法 - Google Patents

一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113285469A
CN113285469A CN202110500183.3A CN202110500183A CN113285469A CN 113285469 A CN113285469 A CN 113285469A CN 202110500183 A CN202110500183 A CN 202110500183A CN 113285469 A CN113285469 A CN 113285469A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
power electronic
power system
electronic power
distributed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110500183.3A
Other languages
English (en)
Inventor
殷林飞
刘东端
韦潇莹
高放
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN202110500183.3A priority Critical patent/CN113285469A/zh
Publication of CN113285469A publication Critical patent/CN113285469A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明提出一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法，该方法采用分布式实时双层协调调度与控制机制，来解决电力电子化电力系统的有功平衡和频率控制问题。在上层，所提方法依据电气距离将电力电子化电力系统进行分区；分区后的电力电子化电力系统的多区域采用分布式一致性协议对非私密电气量进行交互迭代。在下层，每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分；在充分考虑电气线路约束的情况下实时调度与控制每个区域的电力电子化机组。所提方法能实现电力电子化电力系统上层协调一致，下层公平出力，形成良性竞争的有功平衡和频率控制解决方案。

Description

一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法
技术领域
本发明属于电力系统频率控制领域，涉及一种分布式实时频率协调调控方法，适用于电力电子化电力系统的有功平衡和频率控制。
背景技术
随着新能源发电的广泛应用，电力电子化电力系统出现大量的电力电子变换装置。相对于传统的电力系统构成，电力电子化电力系统的惯量小，且故障情况下电力电子变换装置具有故障穿越能力，使得电源侧在故障下的动态特性得到有效提升。电力电子化电力系统的频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，无功功率负荷的增大将导致系统电压水平的下降。当频率过低时，会使整个系统瓦解，造成大面积停电。
电力电子化电力系统频率是靠电力电子化电力系统内并联运行的所有机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗的有功功率总和之间的平衡来维持的。但电力电子化电力系统的负荷是时刻变化的，导致系统频率的变化。为了保证电力电子化电力系统的工作频率在允许范围之内，需要实时调节系统内并联运行机组的有功功率。频率是电能质量的一个重要指标，电力行业中大容量电力电子化电力系统的频率偏差不得超过±0.2Hz，工业中使用的电能频率偏差不得超过±0.1Hz。
发明内容
本发明提出一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法。该方法将分布式实时频率协调调控应用于现代的电力电子化电力系统中，实现电力电子化电力系统的频率的分布式实时协调调控。电力电子化电力系统有功功率平衡是指维持电力电子化电力系统总发电和储能设备的有功功率与总负荷有功功率以及系统联络线交换的有功功率在任何时刻都达到平衡的全部运行调整过程。
在电力电子化电力系统中，有功功率平衡是指所有发电厂发出的有功功率等于所有发电厂的厂用电有功负荷和所有变电站用电有功负荷、所有网络的有功损耗和所有用户的有功负荷的总和。有功功率平衡表示如下：
Figure BDA0003056207090000011
其中，
Figure BDA0003056207090000012
为所有发电机发出总有功功率；
Figure BDA0003056207090000013
为所有负荷消耗的有功功率；ΔP∑为网络总损耗。对于有功功率平衡需要满足的约束条件：
Figure BDA0003056207090000021
其中，
Figure BDA0003056207090000022
为发电设备的额定有功功率；
Figure BDA0003056207090000023
为发电设备运行时最小的有功功率，因发电设备的类型而异。对于无功功率平衡需要满足的约束条件：
Figure BDA0003056207090000024
其中，
Figure BDA0003056207090000025
为发电设备的无功功率最大值；QGi为发电设备的无功功率；
Figure BDA0003056207090000026
为发电设备运行时最小的无功功率。对于发电设备输出电压需要满足的约束条件：
Figure BDA0003056207090000027
其中，
Figure BDA0003056207090000028
为发电设备输出电压的最大值；Ui为发电设备输出电压；
Figure BDA0003056207090000029
为发电设备输出电压的最小值，取决于对电能质量的要求。
要维持电力电子化电力系统的频率在正常的范围内，电力电子化电力系统必须具有充裕的可调有功电源。
对于电力电子化电力系统处于稳态运行时，系统的频率变化主要是由负荷变化引起的，因此有功负荷的变化会使电力电子化电力系统的频率产生波动。
电力电子化电力系统频率等于f时的整个电力电子化电力系统的有功负荷PL为：
Figure BDA00030562070900000210
其中，PLN为电力电子化电力系统频率等于fN时的整个电力电子化电力系统的有功负荷；
a0、a1、am和an为各对应功负荷占PLN的百分数。且有功负荷占PLN的百分数满足如下条件：
a0+a1+…+am+…+an＝1 (6)
有功负荷的频率调节效应系数KL为：
Figure BDA00030562070900000211
其中，ΔPL为负荷变化引起的有功功率变化量；Δf为有功功率变化所引起的频率变化量。
发电机的单位调节功率KG为：
Figure BDA0003056207090000031
其中，ΔPG为发电机产生的有功功率变化量。
二次调频是指发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。二次调频可以做到频率的无差调节，且能够对联络线功率进行监视和调整。
采用自动控制系统对电力电子化电力系统进行二次调频，二次调频的原理为：
ΔPLO-ΔPGO＝-(KG+KL)Δf (9)
KG+KL＝KS (10)
其中，ΔPLO为负荷有功功率的增量；ΔPGO为发电机组增发的有功功率；KS为系统的单位调节功率。且二次调频为无差调节：
ΔPLO＝ΔPGO (11)
三次调频是指各发电厂执行系统调度预先下达的发电计划，按经济调度原则定时调控各发电厂的有功出力。通过经济调度最优化的原则来分配各发电机的有功出力，再满足约束条件下，尽可能节约消耗的一次能源。
分布式多发电厂之间的最优分配为：
C*＝C(PG1,PG2,…,PGn)-λf(PG1,PG2,…,PGn) (12)
其中，C(PG1,PG2,…,PGn)为目标函数；f(PG1,PG2,…,PGn)为约束调节函数；λ为拉格朗日算子；C*为多发电厂之间的最优负荷分配函数。
每个发电厂发出对应的有功负荷分配所需要的消耗的一次能源综合为：
F∑＝F1(PG1)+F2(PG2)+…+Fn(PGn) (13)
其中，Fi(PGi)为某发电设备发出有功功率PGi时单位时间内所需消耗的能源；F∑为总发电设备发出有功功率PGi时单位时间内所需消耗的总能源。
随着新能源发电站、微电网与分布式电站的接入，电力系统呈现高度的电力电子化，电力电子化电力系统包括电力电子化电力系统供电侧、电力电子化电力系统输电侧、电力电子化电力系统配电侧和需求侧。供电侧的电力电子化能实现可再生能源高效发电和并网，输电侧的电力电子化能够实现远距离输电和电力系统之间的互联，配电侧的电力电子化能够实现电力系统的高效灵活配电，需求侧的电力电子化能够实现用户的高效用电、智能用电和分布式储能。
通过电气距离将电力电子化电力系统进行分区控制，联合电力电子化电力系统实行分区域控制，不同区域系统间采用分布式一致性协议交换的非私密电气量进行交互迭代。每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分。考虑电气线路的约束条件并实时调度与控制每个区域的电力电子化机组。电力电子化电力系统的有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制，实现电力电子化电力系统的有功平衡和频率的实时控制。从而，本发明的电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法的步骤为：
步骤1：在一个大规模的电力系统中，通过电气距离将电力电子化电力系统进行分区，并采用双层协调调度与控制机制来控制分区的电力电子化电力系统；
步骤2：将分区后得到的分区域电力电子化电力系统采用分布式一致性协议对不同区域的电力电子化电力系统的非私密电气量进行交互迭代，实现电力电子化电力系统的上层控制；
步骤3：通过分区域的电力电子化电力系统获得总电力电子化机组的总功率指令；
步骤4：在下层，每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分；
步骤5：考虑电气线路的约束情况，并对电力电子化电力系统的有功功率进行实时调度，并实现实时控制每个区域的电力电子化机组。
附图说明
图1是本发明方法的电力电子化电力系统结构图。
图2是本发明方法的电力电子化电力系统的分布式双层协调调度控制图。
具体实施方式
本发明提出的一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法，结合附图详细说明如下：
图1是本发明方法的电力电子化电力系统结构图。电力电子化电力系统包括电力电子化电力系统供电侧、电力电子化电力系统输电侧、电力电子化电力系统配电侧和需求侧。供电侧的电力电子化能实现可再生能源高效发电和并网，输电侧的电力电子化能够实现远距离输电和电力系统之间的互联，配电侧的电力电子化能够实现电力系统的高效灵活配电，需求侧的电力电子化能够实现用户的高效用电、智能用电和分布式储能。电力电子化电力系统供电侧包括风能与太阳能新能源，通过双馈风机与太阳能光伏板进行发电，产生的电能通过柔性直流整流/逆变站处理之后通过变压器将电能输送至电力电子化电力系统输电侧进行电能的长远距离输送，输送之后的电能通过变压器将电能通过柔性直流整流逆变站进行直流/直流和直流/交流的转换，直流/直流产生的电能供给直流负载，直流/交流产生的电能供给交流负载，经过柔性直流整流逆变站再处理的电能供给分布式电源进行充电，从电网输电端通过变压器变换之后的电能直接供给动态补偿装置与电动汽车充电。
图2是本发明方法的电力电子化电力系统的分布式双层协调调度控制图。该方法采用分布式实时双层协调调度与控制机制，来解决电力电子化电力系统的有功平衡和频率控制问题。在上层，所提方法依据电气距离将电力电子化电力系统进行分区；分区后的电力电子化电力系统的多区域采用分布式一致性协议对非私密电气量进行交互迭代。在下层，每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分；在充分考虑电气线路约束的情况下实时调度与控制每个区域的电力电子化机组。

Claims (1)

1.一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法，其特征在于，该方法的步骤为：
步骤1：在一个大规模的电力系统中，通过电气距离将电力电子化电力系统进行分区，并采用双层协调调度与控制机制来控制分区的电力电子化电力系统；
步骤2：将分区后得到的分区域电力电子化电力系统采用分布式一致性协议对不同区域的电力电子化电力系统的非私密电气量进行交互迭代，实现电力电子化电力系统的上层控制；
步骤3：通过分区域的电力电子化电力系统获得总电力电子化机组的总功率指令；
步骤4：在下层，每个区域依据电力电子化机组的出力能力、出力质量和碳排放指标将上层得到的总功率指令进行扁平化划分；
步骤5：考虑电气线路的约束情况，并对电力电子化电力系统的有功功率进行实时调度，并实现实时控制每个区域的电力电子化机组。
CN202110500183.3A 2021-05-08 2021-05-08 一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法 Pending CN113285469A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110500183.3A CN113285469A (zh) 2021-05-08 2021-05-08 一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110500183.3A CN113285469A (zh) 2021-05-08 2021-05-08 一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113285469A true CN113285469A (zh) 2021-08-20

Family

ID=77278387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110500183.3A Pending CN113285469A (zh) 2021-05-08 2021-05-08 一种电力电子化电力系统分布式实时频率协调调控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113285469A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108964087A (zh) * 2018-07-23 2018-12-07 国网甘肃省电力公司风电技术中心 基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法
CN111932012A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司 储能系统-分布式电源-电容器综合控制无功优化方法
CN112072641A (zh) * 2020-08-19 2020-12-11 国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 一种源网荷储柔性协调控制和运行优化方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108964087A (zh) * 2018-07-23 2018-12-07 国网甘肃省电力公司风电技术中心 基于双层模型预测结构的多区域协同联合调频控制方法
CN111932012A (zh) * 2020-08-12 2020-11-13 国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司 储能系统-分布式电源-电容器综合控制无功优化方法
CN112072641A (zh) * 2020-08-19 2020-12-11 国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 一种源网荷储柔性协调控制和运行优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于国星等: "柔性直流互联孤岛微网群的分布式频率协同控制", 《电力系统自动化》 *
邢龙: "微网能量管理与多目标优化运行的建模与仿真", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102299527B (zh) 一种风电场无功功率控制方法和系统
CN103730908B (zh) 一种规模化离网型微电网中储能换流器控制方法
CN100578911C (zh) 变速恒频风电机组风电场的电压无功快速控制方法
CN102611118A (zh) 一种引入预测信息的风电场综合无功电压控制方法
AU2018101070A4 (en) Automatic voltage control method, device and system for wind farm
CN111030123A (zh) 一种基于边缘计算的多智能体负荷调控方法
Zhang et al. Self-adaptive secondary frequency regulation strategy of micro-grid with multiple virtual synchronous generators
CN102354992A (zh) 风电场无功功率控制方法
CN103346577A (zh) 降低风电场功率损耗的风电场avc无功控制系统及方法
CN103441510A (zh) 一种包含柔性直流输电系统的区域电网无功优化方法
CN103151795B (zh) 降低风机损耗的分散式风电场无功优化控制方法及系统
CN108933443B (zh) 一种风电场功率协调控制方法及系统
CN102195294A (zh) 一种风电场无功综合优化控制方法
CN112784475B (zh) 基于多代理技术的配电网多级电压协调控制方法
CN104578086A (zh) 一种风电和光伏发电接入电网的无功电压控制方法
CN108711868A (zh) 一种计及孤岛运行电压安全的配电网无功优化规划方法
CN105226726A (zh) 一种光伏电站集中监控系统
CN105226716A (zh) 一种分布式双馈风力发电机组自动电压控制方法
CN105470978B (zh) 一种静止无功补偿装置成组协调控制方法
CN109802423B (zh) 一种直流式互联微网系统及频率与电压控制方法
CN105356490B (zh) 一种直流并联型风电场有功协调控制方法
CN202178583U (zh) 一种风电场无功功率控制系统
Chen et al. Cooperative control strategy for distributed wind-storage combined system based on consensus protocol
CN108448655A (zh) 一种无源电网广域发电控制方法及系统
CN105098787A (zh) 一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210820