CN114649826A - 一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统 - Google Patents

一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统 Download PDF

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王玉
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李泽
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Abstract

本发明公开了一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统，本发明对风电场进行评估，将满足要求的风电场作为黑启动电源，在一定程度上增加电网内黑启动电源数量，最大限度提升电网电力恢复速度，减少电网停电时间，在一定程度上降低了停电造成的经济损失。

Description

一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统
技术领域
本发明涉及一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统，属于电力系统及其自动化技术领域。
背景技术
随着电网互联和远距离交直流输电技术的发展，电力系统的规模日益扩大，各级电网不断互联，系统运行的可靠性和稳定性也不断增强，但是由于新能源发电技术的不断引入、运行环境日益复杂、各种自然灾害无法避免等原因，电力系统的网络结构和动态特性也都趋于复杂，运行条件要求更苛刻、更难预测，电力系统发生大规模停电的风险仍然存在。目前电网黑启动分区均基于常规黑启动电源进行划分，常规黑启动电源一般为水电厂或抽蓄电厂担任，但在全国大部分地区电网内并没有能够作为黑启动电源的水电厂，电网内较少的黑启动电源会导致电网恢复时间过长。
发明内容
本发明提供了一种考虑风电场的黑启动分区方法及系统，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：
一种考虑风电场的黑启动分区方法，包括：
根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场，包括：
若风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数满足预设的规则，则风电场能作为黑启动电源。
预设的规则为：
P储max＞P风启
SOC＞P风启*tg
P风min+P储Max＞P待启1
P风min*tG+SOC＞P待启1*tG1
其中，P风min为风电场有功出力预测曲线最小值与有功功率安全裕度的差值，P储max为风电场储能系统最大输出功率，P风启为风电场厂用电负荷，SOC为风电场内储能系统剩余电量，tg为风电场启动时间，P待启1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动功率，tG1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动时间。
根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区，包括：
搜索变电站至各黑启动电源的恢复路径和待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，获取变电站的最短恢复路径和待恢复机组的最短恢复路径；
将变电站划入最短恢复路径的黑启动分区，将待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区。
在获取最短恢复路径过程中，若两恢复路径的恢复时间均最短，将充电无功小的恢复路径作为最短恢复路径。
预设约束条件包括黑启动分区内的黑启动电源约束、黑启动分区内的电力平衡约束和黑启动分区间的连通性约束；
其中，
黑启动分区内的黑启动电源约束：每个黑启动分区内至少包含一台具备自启动能力的机组；
黑启动分区内的电力平衡约束：黑启动分区内待恢复机组和黑启动电源总容量大于Ⅰ类重要负荷总功率；
黑启动分区间的连通性约束：黑启动分区之间相互孤立，黑启动分区间内部连通。
对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，包括：
若不满足黑启动分区内的黑启动电源约束，将当前黑启动分区内待恢复机组及变电站分别重新分配至恢复路径最短的其他黑启动分区；
若不满足黑启动分区内的电力平衡约束，将当前黑启动分区内的部分Ⅰ类重要负荷所在变电站调整入其他存在电力盈余的黑启动分区，或将存在电力盈余的黑启动分区内的待恢复机组调整入当前黑启动分区；
若不满足黑启动分区间的连通性约束，将无法满足连通性要求的待恢复机组或变电站调整入可满足连通性要求的黑启动分区。
一种考虑风电场的黑启动分区系统，包括：
评估模块：根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
划分模块：根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
校验模块：针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
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考虑风电场的黑启动分区方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个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一个或多个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考虑风电场的黑启动分区方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明对风电场进行评估，将满足要求的风电场作为黑启动电源，在一定程度上增加电网内黑启动电源数量，最大限度提升电网电力恢复速度，减少电网停电时间，在一定程度上降低了停电造成的经济损失。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的详细流程图；
图3为IEEE10机39节点电网网架；
图4为风电场有功出力预测曲线；
图5为采样本发明的黑启动分区结果。
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，一种考虑风电场的黑启动分区方法，包括以下步骤：
步骤1，根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
步骤2，根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
步骤3，针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
上述方法对风电场进行评估，将满足要求的风电场作为黑启动电源，在一定程度上增加电网内黑启动电源数量，最大限度提升电网电力恢复速度，减少电网停电时间，在一定程度上降低了停电造成的经济损失。
随着风电和储能技术的发展，风电场具有结构简单、单机容量小、需要厂用电少特点，储能系统具有启动速度快、能快速响应系统变化特点，二者相互配合可作为黑启动电源，因此可构建图2所示的考虑风电场的黑启动分区方法。
由于风电场受风电出力不确定性和风电场内储能系统参数约束，因此需要对其能作为黑启动电源进行评估。
评估之前先确定电网内常规黑启动电源、电网结构、待恢复机组，根据各风电场参数、风电场内储能系统参数；具体包括风电场有功功率日预测曲线、风电场内储能系统剩余电量、风电场厂用电负荷、风电场启动时间、风电场储能系统最大输出功率、待恢复机组厂用电负荷、线路恢复时间、变电站恢复时间、待恢复机组启动时间、线路充电无功、变电站负荷、待恢复机组容量等。
基于风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场，具体为：若风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数满足预设的规则，则风电场能作为黑启动电源，否则不能作为黑启动电源。
预设的规则主要是对参数的范围进行了限定，具体可用以下公式表示：
P储max＞P风启
SOC＞P风启*tg
P风min+P储Max＞P待启1
P风min*tG+SOC＞P待启1*tG1
其中，P风min为风电场有功出力预测曲线最小值与有功功率安全裕度的差值，P风min＝Min(P风)-ΔP，P风为风电场有功出力预测曲线(日预测曲线)，ΔP为有功功率安全裕度，P储max为风电场储能系统最大输出功率，P风启为风电场厂用电负荷，SOC为风电场内储能系统剩余电量，tg为风电场启动时间，P待启1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动功率，tG1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动时间。
满足上述条件的风电场作为新的黑启动电源，基于新的黑启动电源和传统的黑启动电源，进行黑启动分区。
黑启动分区以最短恢复路径为基础，先搜索变电站至各黑启动电源的恢复路径和待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，基于下式可以获得变电站的最短恢复路径和待恢复机组的最短恢复路径；
Figure BDA0003549141950000071
其中，t总为恢复时间，n为恢复路径中未恢复线路条数，tli为恢复路径中第i条未恢复线路恢复供电所需要的时间，m为恢复路径中未恢复变电站个数，ttj为恢复路径中第j个未恢复变电站恢复供电所需要的时间；
若两恢复路径的恢复时间均最短，那么根据下式计算恢复路径的充电无功，将充电无功小的恢复路径作为最短恢复路径；
Figure BDA0003549141950000072
其中，Q总为恢复路径的充电无功，Qi为恢复路径中第i条未恢复线路恢复供电后所产生的无功。
然后根据最短恢复路径，对变电站和待恢复机组进行黑启动分区划分，即：将变电站划入最短恢复路径的黑启动分区，将待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区。
划分分区后，需要对每个黑启动分区进行校验，以保证黑启动分区满足预设的约束条件，若不满足，则说明上述划分不成功，需要对黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，重新校验，重复该过程(即步骤3)直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
黑启动分区的约束条件主要包括黑启动分区内的黑启动电源约束、黑启动分区内的电力平衡约束和黑启动分区间的连通性约束；
其中，黑启动分区内的黑启动电源约束：每个黑启动分区内至少包含一台具备自启动能力的机组；黑启动分区内的电力平衡约束：黑启动分区内待恢复机组和黑启动电源总容量大于Ⅰ类重要负荷总功率；黑启动分区间的连通性约束：黑启动分区之间相互孤立，黑启动分区间内部连通。
若不满足黑启动分区内的黑启动电源约束，将当前黑启动分区内待恢复机组及变电站分别重新分配至恢复路径最短的其他黑启动分区；若不满足黑启动分区内的电力平衡约束，将当前黑启动分区内的部分Ⅰ类重要负荷所在变电站调整入其他存在电力盈余的黑启动分区，或将存在电力盈余的黑启动分区内的待恢复机组调整入当前黑启动分区；若不满足黑启动分区间的连通性约束，将无法满足连通性要求的待恢复机组或变电站调整入可满足连通性要求的黑启动分区。
上述方法首先确定电网内常规黑启动电源、电网结构、待恢复机组，然后根据各风电场日出力预测曲线、风电场内储能系统剩余电量，对各风电场作为黑启动电源进行评估，确定电网内可作为黑启动电源的风电场，根据各变电站、待恢复机组距各黑启动电源距离，将其划入距离最近的黑启动分区，对各分区内黑启动电源、电力平衡、分区内连通性等进行校验，对于不满足要求的分区进行调整，最终可得到满足要求的黑启动分区方案，最大限度提升电网整体电力恢复速度，降低电网经济损失。
以图3所示的IEEE10机39节点网架为例，其中，节点35为常规黑启动电源，节点30为风电场，剩余机组均为火电机组，风电场启动时间按10分钟考虑，火电厂启动时间按40分钟考虑，启动功率按照与厂用电大小相同考虑，电网内机组、储能、负荷、线路、设备恢复时间参数如表1-5所示。
表1机组容量及厂用电负荷
Figure BDA0003549141950000091
表2节点30风电场内储能参数
Figure BDA0003549141950000092
表3节点负荷
Figure BDA0003549141950000093
Figure BDA0003549141950000101
表4线路参数
Figure BDA0003549141950000102
Figure BDA0003549141950000111
Figure BDA0003549141950000121
表5恢复时间
名称 恢复时间(min)
线路 5
变电站 20
火电机组 40
节点30风电场出力日预测曲线如图4所示，可以看出风电场最小出力为27MW，根据国标要求，风电场日出力预测曲线与实际出力最大偏差不超过25％，因此安全裕度按照6.75MW考虑，因此风电场最小出力按20.5MW考虑。基于评估公式对该风电场是否可作为黑启动电源进行评估：
储能系统最大出力30MW，节点30风电场启动功率0.32MW，30MW大于0.32MW，满足要求；
储能系统最大容量120MWh，当前剩余电量为70％，即84MWh，风电场启动功率0.32MW，启动时间10分钟，启动需要电力为0.0533MWh，84MWh大于0.0533MWh，满足要求；
距离节点30风电场最近的一台火电机组为节点37待恢复机组，该待恢复机组启动功率为32.15MW，启动时间为40分钟，启动需要电力为21.433MWh，储能出力30MW，风电最小出力为20.5MW，50.5MW大于32.15MW，满足式要求，储能和风电电量97.666MWh大于21.433MWh，满足式要求。
通过上述分析可见节点30风电场可作为黑启动电源，因此电网中节点30风电场和节点35机组为黑启动电源，结合表1、3、4对电网进行分区，分区结果如图5所示，各分区满足黑启动电源、电力平衡，分区连通性要求。由表6可以看出通过分区电网恢复时间为365min，相较于传统只通过常规机组进行黑启动电网恢复时间降低约360min。
表6各分区恢复时间
Figure BDA0003549141950000131
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，一种考虑风电场的黑启动分区系统，包括：
评估模块：根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
划分模块：根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
校验模块：针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
上述系统各模块的数据处理流程与方法的一致，这里不重复描述了。
基于相同的技术方案，本发明还公开了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考虑风电场的黑启动分区方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个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一个或多个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考虑风电场的黑启动分区方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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)

1.一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，包括：
根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场，包括：
若风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数满足预设的规则，则风电场能作为黑启动电源。
3.根据权利要求2所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，预设的规则为：
P储max＞P风启
SOC＞P风启*tg
P风min+P储Max＞P待启1
P风min*tG+SOC＞P待启1*tG1
其中，P风min为风电场有功出力预测曲线最小值与有功功率安全裕度的差值，P储max为风电场储能系统最大输出功率，P风启为风电场厂用电负荷，SOC为风电场内储能系统剩余电量，tg为风电场启动时间，P待启1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动功率，tG1为距离风电场最近的一台待恢复机组的启动时间。
4.根据权利要求1所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区，包括：
搜索变电站至各黑启动电源的恢复路径和待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，获取变电站的最短恢复路径和待恢复机组的最短恢复路径；
将变电站划入最短恢复路径的黑启动分区，将待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区。
5.根据权利要求4所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，在获取最短恢复路径过程中，若两恢复路径的恢复时间均最短，将充电无功小的恢复路径作为最短恢复路径。
6.根据权利要求1所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，预设约束条件包括黑启动分区内的黑启动电源约束、黑启动分区内的电力平衡约束和黑启动分区间的连通性约束；
其中，
黑启动分区内的黑启动电源约束：每个黑启动分区内至少包含一台具备自启动能力的机组；
黑启动分区内的电力平衡约束：黑启动分区内待恢复机组和黑启动电源总容量大于Ⅰ类重要负荷总功率；
黑启动分区间的连通性约束：黑启动分区之间相互孤立，黑启动分区间内部连通。
7.根据权利要求6所述的一种考虑风电场的黑启动分区方法，其特征在于，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，包括：
若不满足黑启动分区内的黑启动电源约束，将当前黑启动分区内待恢复机组及变电站分别重新分配至恢复路径最短的其他黑启动分区；
若不满足黑启动分区内的电力平衡约束，将当前黑启动分区内的部分Ⅰ类重要负荷所在变电站调整入其他存在电力盈余的黑启动分区，或将存在电力盈余的黑启动分区内的待恢复机组调整入当前黑启动分区；
若不满足黑启动分区间的连通性约束，将无法满足连通性要求的待恢复机组或变电站调整入可满足连通性要求的黑启动分区。
8.一种考虑风电场的黑启动分区系统，其特征在于，包括：
评估模块：根据风电场参数和距离风电场最近的一台待恢复机组的参数，评估出能作为黑启动电源的风电场；
划分模块：根据变电站至各黑启动电源的恢复路径、待恢复机组至各黑启动电源的恢复路径，将变电站和待恢复机组划入最短恢复路径的黑启动分区；其中，最短恢复路径为恢复时间最短的恢复路径；
校验模块：针对各黑启动分区，对黑启动分区进行校验，对不满足预设约束条件的黑启动分区的待恢复机组和/或变电站进行调整，直到黑启动分区满足预设约束条件，获得黑启动分区方案。
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、一个或多个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一个或多个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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115395505A (zh) * 2022-08-11 2022-11-25 华北电力大学（保定） 一种计及规模储能的含风电电力系统黑启动分区方法

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CN115395505A (zh) * 2022-08-11 2022-11-25 华北电力大学（保定） 一种计及规模储能的含风电电力系统黑启动分区方法

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