CN114188998B - 计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统,周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用当前线损系数进行有功功率调节。使用本发明提供的方法进行线损修补,可以大大提高新能源场站有功调节的精度,提高场站的经济效益,促进新能源并网消纳。

Description

计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统
技术领域
本发明属于新能源技术领域,特别是涉及到一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统。
背景技术
由于新能源场站的阻抗特性,新能源场站并网点上网功率会略低于发电单元出力总和,低的这一部分功率称为线路损耗。电压恒定的情况下,线路损耗往往和有功功率成一定的线性关系,但电压变化时,线路损耗与有功的比例是非线性的,无法精确计算。
新能源发电本就具有波动性,由于线路损耗的存在,新能源场站有功功率精准控制更难。新能源场站的一次调频和AGC系统对有功控制精度分别要求为1%和3%,所以,有功功率控制必须考虑线损。由于新能源场站有功调节速率有要求,幅度不会太大,所以传统的线损计算方法就是拿当前时刻的发电单元总有功减去并网点总有功做为目标时刻的线损。这种方法简单直接,但有3个主要缺陷:
缺点1:由于新能源场站控制系统采用以太网或串口通信来采集发电单元的发电功率,时延非常大,甚至需要几秒钟,所以当前计算的线损实际是几秒前的了;
缺点2:有的控制系统并网点总有功是通过硬件采集装置的采集回路完成,时延非常小;所以同一时刻计算线损的两个量(并网点有功与发电单元总有功出力)并非同一时间断面的,计算的线损误差就更大了;
缺点3:由于线损与有功功率有一定的线性关系,所以有功功率变化时线损也会相应变化,也就是说目标时刻功率变化了线损也就与当前时刻不同;但传统的方法把当前时刻计算的线损做为目标时刻的线损,所以误差非常大。
发明内容
本发明提出一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统,解决由于采集时延以及目标功率变化造成线损变化的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,包括:
S1、周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;
S2、根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用步骤S1得到的当前线损系数进行有功功率调节。
进一步的,步骤S1的具体方法包括:
S101、对当前线损系数赋初始值;
S102、以30秒为周期,计算周期内有功功率变化率;
S103、若有功功率变化率小于变化率门槛值,则跳转至S104计算本周期的线损系数,若有功功率变化率大于变化率门槛值,则不计算本周期的线损系数,当前线损系数维持上一次结果不变,返回S102进行下一周期的计算;
S104、计算本周期的线损系数方法如下:线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
S105、线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的本周期的线损系数在有效区间内,则将本周期的线损系数作为当前线损系数;若计算出的本周期的线损系数不在有效区间内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
S106、返回S102进行下一周期的计算。
更进一步的,步骤S102中,以30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,计算方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功装机容量。
进一步的,步骤S2中,若调节有功功率的分配策略为平均分配,则有功功率调节过程为:
S201、计算新能源场站的执行功率,执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
S202、计算各发电单元的执行功率,设新能源场站的各发电单元额定有功装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn;其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定有功装机容量。
进一步的,步骤S2中,若调节有功功率的分配策略为裕度分配或其它存在优先级的分配策略,则有功功率调节过程为:
S201、计算有功需调量,有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功功率;
S202、计算新能源场站的执行需调量,执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
S203、计算各发电单元执行功率,Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw;其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
本发明另一方面还提出了一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,包括:
当前线损系数计算模块,用于周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;
有功功率调节模块,用于根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用当前线损系数计算模块得到的当前线损系数进行有功功率调节。
进一步的,所述当前线损系数计算模块包括:
初始值单元,对当前线损系数赋初始值;
周期内有功功率变化率计算单元,以30秒为周期,计算周期内有功功率变化率;
变化率判断单元,若有功功率变化率小于变化率门槛值,则跳转至线损系数计算单元计算本周期的线损系数,若有功功率变化率大于变化率门槛值,则不计算本周期的线损系数,当前线损系数维持上一次结果不变,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算;
线损系数计算单元,计算本周期的线损系数方法如下:线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
当前线损系数更新单元,设定线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的本周期的线损系数在有效区间内,则将本周期的线损系数作为当前线损系数;若计算出的本周期的线损系数不在有效区间内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
返回单元,当前线损系数更新单元执行后,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算。
更进一步的,所述周期内有功功率变化率计算单元包括:以30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,计算方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功功率。
进一步的,所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为平均分配,则包括:
场站执行功率计算单元,计算新能源场站的执行功率,执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,计算各发电单元的执行功率,设新能源场站的各发电单元装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn;其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定装机容量。
进一步的,所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为裕度分配或其它存在优先级的分配策略,则包括:
有功需调量计算单元,用于计算有功需调量,有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功功率;
执行需调量计算单元,用于计算新能源场站的执行需调量,执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,用于计算各发电单元执行功率,Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw;其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1:本发明考虑了通信采集延时,采用功率稳定时刻的数据计算线损,避免了功率波动但采样数据不能及时更新造成的误差;
2:本发明考虑采用线损系数,而非直接计算线损,从而可以计算出目标有功功率对应的线损,避免了当前工况与目标工况的线损误差,更为精准;
3:本发明采用线损系数而非直接计算线损,从而使用较为复杂的分配策略时仍可以进行线损修补;
4:本发明计算便捷快速,减少了控制系统计算压力;同时,本发明考虑了大量对在线线损计算造成影响的因素(如通信时延、电压波动、功率波动等),从而计算更为准确;此外,本发明从功率调节分配的角度出发,解决了含有优先级的分配策略时的线损修补;因此,使用本发明提供的方法进行线损修补,可以大大提高新能源场站有功调节的精度,提高场站的经济效益,促进新能源并网消纳。
附图说明
图1是本发明实施例一的流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
针对现有技术中由于采集时延以及目标功率变化造成线损变化的问题,本发明提供一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法及系统。
实施例一:
本发明提出的方法主要包括:
1、周期性更新当前线损系数,每周期计算本周期的线损系数,若计算出的线损系数在线损系数的有效区间内,则当前线损系数更新为计算出的线损系数;若计算出的线损系数不在线损系数的有效区间内,首次统计则当前线损系数使用初始值0.03,非首次统计则不更新当前线损系数;
2、进行有功功率调节,若采用平均分配方法则执行功率等于目标有功功率乘以(1+当前线损系数),再进行分配下发;若采用裕度分配策略或其它存在优先级的分配策略,则将有功需调量乘以(1+当前线损系数),再叠加实时功率分配下发,此时实时功率的线损已经存在,不需要额外考虑。
具体步骤如图1所示:
Step1:给当前线损系数赋初始值,初始值设定为0.03,这是由于场站线损主要由变压器损耗组成,大容量变压器效率一般低于97%,所以损耗至少3%。线损初始值选3%以免补偿过度再回调来回引起振荡;
Step2:取30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,变化率统计方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功功率;
Step3:比较有功功率变化率和变化率门槛值;若有功功率变化率小于变化率门槛值(变化率门槛值设定为1%,这是参考了场站的调节精度,一次调频对场站调节精度的要求是1%,所以可认定满足一次调频要求的场站精度在1%以内;),则认为有功功率平稳,可以统计当前线损跳转至Step4,若变化率大于门槛值则本次不统计,当前线损系数维持上一次计算结果不变;
Step4:计算线损系数并判断是否在有效区间内,方法如下:
线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的线损系数在此范围内,则当前线损系数进行更新,等于计算出的线损系数;若计算出的线损系数不在此范围内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
Step5:对于采用平均分配策略的有功功率调节过程:
执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
设新能源场站的各发电单元装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即
Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn
其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定装机容量;
Step6:对于采用裕度策略等有优先级的有功分配策略的有功功率调节过程:
有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功;
执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw
其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
以上所述的新能源场站的发电单元主要指新能源场站有功最小控制单元;对于光伏电站主要指光伏逆变器;对于风电场主要指代风电机组或风机能来管理平台。
本方法实际应用场景如下:
设一个50MW的光伏电站,有10台逆变器,额定容量分别为5MW,当前并网点总有功为40MW,每台逆变器当前实发有功功率为4.1MW, 4.2MW, 4.3MW, 4.1MW, 4.0MW, 3.9MW,4.0MW, 4.1MW, 3.9MW, 4.4MW,则逆变器实发总有共为41MW。
场景1:在某周期30s内并网点有功最大值为41MW,最小值为39MW:
计算有功功率变化率为4%,大于1%,本轮不更新当前线损系数。
场景2:在某周期30s内并网点有功最大值为40MW,最小值为39.9MW,有功目标值为43MW,采用平均分配策略;
计算有功功率变化率为0.2%,小于1%,计算:
线损系数=(41-40)/40=0.025;0.025在0~0.1范围内,认为有效则更新,将0.025作为当前线损系数;
采用平均分配策略则:
执行功率=43*(1+0.025)=44.075MW;
十台逆变器执行目标值均为:4.4075MW。
场景3:在某周期30s内并网点有功最大值为40MW,最小值为39.9MW,有功目标值为44MW,采用裕度分配策略且各逆变器理论功率分别为4.5MW, 4.5MW, 4.5MW, 4.4MW,4.6MW, 4.3MW, 4.5MW, 4.5MW, 4.3MW, 4.5MW。
计算有功功率变化率为0.2%,小于1%,计算:
线损系数=(41-40)/40=0.025;0.025在0~0.1范围内,认为有效则更新,将0.025作为当前线损系数;
采用裕度分配策略则计算有功需调量;
有功需调量=44-40=4MW;
执行需调量=4*(1+0.025)=4.1MW;
总权重Pw=(4.5-4.1)+(4.5-4.2)+(4.5-4.3)+(4.4-4.1)+(4.6-4)+(4.3-3.9)+(4.5-4)+(4.5-4.1)+(4.3-3.9)+(4.5-4.4)=3.6MW;
每台逆变器的执行目标值分别为:
第1台:4.1+4.1*0.4/3.6=4.56MW;
第2台:4.2+4.1*0.3/3.6=4.54MW;
第3台:4.3+4.1*0.2/3.6=4.53MW;
第4台:4.1+4.1*0.3/3.6=4.44MW;
第5台:4+4.1*0.6/3.6=4.68MW;
第6台:3.9+4.1*0.4/3.6=4.35MW;
第7台:4+4.1*0.5/3.6=4.57MW;
第8台:3.9+4.1*0.4/3.6=4.36MW;
第9台:3.9+4.1*0.4/3.6=4.36MW;
第10台:4.4+4.1*0.1/3.6=4.51MW。
实施例二:
实施例二具体提出了完成本发明实施例一所述计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法的系统,该系统主要包括以下模块:
当前线损系数计算模块,用于周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;
有功功率调节模块,用于根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用当前线损系数计算模块得到的当前线损系数进行有功功率调节。
(1)所述当前线损系数计算模块包括:
初始值单元,对当前线损系数赋初始值0.03;
周期内有功功率变化率计算单元,以30秒为周期,计算周期内有功功率变化率;其中以30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,计算方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功装机容量;
变化率判断单元,若有功功率变化率小于变化率门槛值,则跳转至线损系数计算单元计算本周期的线损系数,若有功功率变化率大于变化率门槛值,则不计算本周期的线损系数,当前线损系数维持上一次计算结果不变,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算;
线损系数计算单元,计算本周期的线损系数方法如下:线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
当前线损系数更新单元,设定线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的本周期的线损系数在有效区间内,则将本周期的线损系数作为当前线损系数;若计算出的本周期的线损系数不在有效区间内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
返回单元,当前线损系数更新单元执行后,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算。
(2)所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为平均分配,则包括:
场站执行功率计算单元,计算新能源场站的执行功率,执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,计算各发电单元的执行功率,设新能源场站的各发电单元额定有功装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn;其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定有功装机容量。
(3)所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为裕度分配或其它存在优先级的分配策略,则包括:
有功需调量计算单元,用于计算有功需调量,有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功功率;
执行需调量计算单元,用于计算新能源场站的执行需调量,执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,用于计算各发电单元执行功率,Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw;其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
本发明实施例二提出的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,可执行本发明提出的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,其特征在于,包括:
S1、周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;
S2、根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用步骤S1得到的当前线损系数进行有功功率调节;
步骤S1的具体方法包括:
S101、对当前线损系数赋初始值;
S102、以30秒为周期,计算周期内有功功率变化率;
S103、若有功功率变化率小于变化率门槛值,则跳转至S104计算本周期的线损系数,若有功功率变化率大于变化率门槛值,则不计算本周期的线损系数,当前线损系数维持上一次结果不变,返回S102进行下一周期的计算;
S104、计算本周期的线损系数方法如下:线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
S105、线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的本周期的线损系数在有效区间内,则将本周期的线损系数作为当前线损系数;若计算出的本周期的线损系数不在有效区间内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
S106、返回S102进行下一周期的计算。
2.根据权利要求1所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,其特征在于,步骤S102中,以30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,计算方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功装机容量。
3.根据权利要求1所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,其特征在于,步骤S2中,若调节有功功率的分配策略为平均分配,则有功功率调节过程为:
S201、计算新能源场站的执行功率,执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
S202、计算各发电单元的执行功率,设新能源场站的各发电单元额定有功装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn;其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定有功装机容量。
4.根据权利要求1所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿方法,其特征在于,步骤S2中,若调节有功功率的分配策略为裕度分配或其它存在优先级的分配策略,则有功功率调节过程为:
S201、计算有功需调量,有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功功率;
S202、计算新能源场站的执行需调量,执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
S203、计算各发电单元执行功率,Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw;其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
5.一种计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,其特征在于,包括:
当前线损系数计算模块,用于周期性计算新能源场站的线损系数,每周期计算出的线损系数若在有效区间内则更新作为当前线损系数;
有功功率调节模块,用于根据新能源场站调节有功功率的分配策略,使用当前线损系数计算模块得到的当前线损系数进行有功功率调节;
所述当前线损系数计算模块包括:
初始值单元,对当前线损系数赋初始值;
周期内有功功率变化率计算单元,以30秒为周期,计算周期内有功功率变化率;
变化率判断单元,若有功功率变化率小于变化率门槛值,则跳转至线损系数计算单元计算本周期的线损系数,若有功功率变化率大于变化率门槛值,则不计算本周期的线损系数,当前线损系数维持上一次结果不变,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算;
线损系数计算单元,计算本周期的线损系数方法如下:线损系数=(发电单元总有功功率-并网点总有功功率)⁄并网点总有功功率;
当前线损系数更新单元,设定线损系数的有效区间为0~0.1,若计算出的本周期的线损系数在有效区间内,则将本周期的线损系数作为当前线损系数;若计算出的本周期的线损系数不在有效区间内,则当前线损系数维持上一次计算结果不变;
返回单元,当前线损系数更新单元执行后,返回周期内有功功率变化率计算单元进行下一周期的计算。
6.根据权利要求5所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,其特征在于,所述周期内有功功率变化率计算单元包括:以30s为窗长,采用滑窗统计有功功率变化率,计算方法如下:有功功率变化率=(Pmax-Pmin)/Pn;其中,Pmax为统计窗长内并网点总有功功率最大值,Pmin为统计窗长内的并网点总有功功率最小值,Pn为新能源场站的额定有功功率。
7.根据权利要求5所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,其特征在于,所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为平均分配,则包括:
场站执行功率计算单元,计算新能源场站的执行功率,执行功率=目标有功功率*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,计算各发电单元的执行功率,设新能源场站的各发电单元装机容量为Pni,将执行功率以Pni为权重分配下发至各发电单元,即Pcmdi=(执行功率*Pni)/Pn;其中,Pcmdi为发电单元i的执行功率;Pn为新能源场站的额定装机容量。
8.根据权利要求5所述的计及采集时延的新能源场站线损自适应补偿系统,其特征在于,所述有功功率调节模块中,若调节有功功率的分配策略为裕度分配或其它存在优先级的分配策略,则包括:
有功需调量计算单元,用于计算有功需调量,有功需调量=目标有功功率-当前并网点总有功功率;
执行需调量计算单元,用于计算新能源场站的执行需调量,执行需调量=有功需调量*(1+当前线损系数);
各发电单元执行功率计算单元,用于计算各发电单元执行功率,Pcmdi=Pi+执行需调量*Pwi/Pw;其中,Pcmdi为各发电单元执行功率;Pi为发电单元i的实发有功功率;Pwi为当前分配策略下发电单元i的分配权重,Pw为总权重。
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