CN115313399A - 一种风光储新能源场站无功协调控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风光储新能源场站无功协调控制方法及系统,方法包括以下步骤:计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。本发明通过实时计算新能源场站内部各节点的电压与网损灵敏度矩阵,给出各节点的最优无功功率协调控制策略,并下发给各无功设备执行,从而实现新能源场站内部电压控制与降低网损的双重目标。该方法可同时解决传统优化方法难以处理非线性潮流约束的问题,能够满足风光储新能源电站应用场景需求。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域,具体涉及一种风光储新能源场站无功协调控制方法及系统。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展,以风力、光伏为代表的新能源发电站在电网中的装机比例越来越高,风光新能源出力间歇性与波动性特点带来了新能源场站内部电压波动与网损较大等问题。当遇到恶劣天气时,风光新能源场站还可能出现内部电压跌落导致风光设备脱网,从而影响系统安全稳定运行。
现有风光储新能源场站可通过调节储能系统、SVG等无功补偿设备、风机变流器、光伏逆变器与变压器调压抽头等多种方式应对内部电压波动与跌落,但现有手段主要存在以下三方面问题:一是风机、光伏设备多运行于最大功率点跟踪模式,风机、光伏设备无功可用容量较低且实时变化,电压调节效果有限;二是SVG等无功补偿设备按照自身设置的补偿参数输出无功功率,缺乏与储能系统、主变压器调压抽头的协同控制;三是接于场站内部不同节点的无功设备调节效果不同,可能出现因无功补偿而导致内部网损增大的情况,无法从全站角度兼顾各节点的网损变化。
发明内容
本发明以电源侧风光储新能源场站为应用对象,综合考虑风光储新能源发电站日常调度运行需求,提出了一种风光储新能源场站无功协调控制方法及系统。该方法以新能源场站配置的无功补偿设备、电池储能系统与变压器调压接头为主要调节对象,通过计算新能源场站内部各节点的电压与网损灵敏度矩阵,从全场站最优角度给出各节点的无功功率出力策略,并下发给各无功设备执行,从而实现新能源场站内部电压控制与降低网损的双重目标。该方法可同时解决传统优化方法难以处理非线性潮流约束的问题。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种风光储新能源场站无功协调控制方法,包括以下步骤:
计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
作为本发明的进一步改进,所述的无功功率/电压灵敏度S的计算方法包括:
根据牛顿拉夫逊法,各节点潮流方程的矩阵形式为:
式中,ΔP与ΔQ为各节点有功功率与无功功率变化量;J为雅各比矩阵;ΔU与Δθ为各节点电压与相位角变化量;
令ΔP=0,则可获得无功功率/电压灵敏度S为:
对于新能源场站内部可调节抽头的变压器,计算变压器变比/电压灵敏度;
对于接入电力系统节点i与节点j的电力变压器,其变压器变比/电压灵敏度S为:
对节点i:
S=S1(i)mUiUjYij (式3)
对节点j:
式中,Δk为变压器分接头变化量;m为调整步数;U为节点的电压;k1为变压器初始分接头位置;S1为节点的初始灵敏度;Yij为等效变压器导纳,其计算公式如下:
式中k为变压器变比;Zt为变压器短路阻抗。
作为本发明的进一步改进,所述无功功率/网损灵敏度D的计算方法包括:
新能源场站内部节点数为n,则网损计算公式如下:
其矩阵形式为:
无功功率/网损灵敏度D为:
式中Ploss为该节点网损;P与Q为该节点有功功率与无功功率;U与θ为该节点电压与相位角;J为雅各比矩阵。
作为本发明的进一步改进,所述实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k,包括:
根据新能源场站内部各节点电压越限与未越限两种情况,分别定义调节步长;
a)当电压越限时,根据电压灵敏度和电压需求的最大值定义调节步长,当电压满足要求后,即完成对电压的调节;其中,电压需求定义为各节点电压所需的调节量,表示为:
Unv=[Unv,1,Unv,2,L,Unv,n] (式9)
其中,每个节点对应的调节需求为:
当Unv<0,代表电压越上限;当Unv>0,代表电压越下限;当Unv非0,且绝对值越大;对应绝对值最大的电压灵敏度为Smax,相应调节步长k按下式确定:
当调节手段为变压器时:
当调控手段为SVG或储能设备时:
式中,‖·‖为向左取整函数,[·]为向右取整函数,Unv,max为绝对值最大的电压需求;
b)当电压未越限时,此时根据网损灵敏度选择调节手段,调节步长k按下式确定:
k=c(lmax+lmin) (式13)
lmax为各个设备的调节上限;lmin为各个设备的调节下限;c为调节系数。
作为本发明的进一步改进,所述对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略,包括:
当风光储新能源场站出现内部电压越限时:
对于电压越上限,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相同时,同为负则正方向调节,同为正则反方向调节;
对于电压越下限,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相反,电压灵敏度为正时正向调节,反之反向调节;
对于风光储新能源场站未出现电压越限时,则优先调节网损灵敏度D绝对值最大的控制变量。
作为本发明的进一步改进,所述计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D之前还包括:读取场站运行潮流数据。
作为本发明的进一步改进,所述下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行之后还包括:
判断网损率与电压是否合格,若合格,则结束;若不合格则返回计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D的步骤。
一种风光储新能源场站无功协调控制系统,包括:
计算模块,用于计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
策略给出模块,用于实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
执行模块,用于下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
一种电子设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明以电源侧风光储新能源场站为研究场景,综合考虑风光储新能源发电站日常调度运行需求,提出了基于电压与网损灵敏度的风光储新能源场站无功协调控制方法。该方法以新能源场站配置的无功补偿设备、电池储能系统与变压器调压接头为主要调节对象,通过实时计算新能源场站内部各节点的电压与网损灵敏度矩阵,给出各节点的最优无功功率协调控制策略,并下发给各无功设备执行,从而实现新能源场站内部电压控制与降低网损的双重目标。该方法可同时解决传统优化方法难以处理非线性潮流约束的问题,能够满足风光储新能源电站应用场景需求,对于新能源工程具有指导意义与实用价值。
附图说明
图1为本发明变压器的等值计算图;
图2为本发明风光储发电站无功协调控制流程图;
图3为本发明风场有功功率示意图
图4为本发明光伏有功功率;
图5为本发明系统电压情况示意图,(a)为电压最大值,(b)为电压最小值;
图6为本发明系统网损示意图;
图7为本发明风光储发电站无功协调控制系统图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供一种风光储新能源场站无功协调控制方法,包括以下步骤:
计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
该方法以新能源场站配置的无功补偿设备、电池储能系统与变压器调压接头为主要调节对象,通过计算新能源场站内部各节点的电压与网损灵敏度矩阵,从全场站最优角度给出各节点的无功功率出力策略,并下发给各无功设备执行,从而实现新能源场站内部电压控制与降低网损的双重目标。该方法可同时解决传统优化方法难以处理非线性潮流约束的问题。
实施例
本发明具体提供一种基于电压与网损灵敏度的风光储新能源场站无功协调控制方法,包括以下步骤:
1)计算无功功率/电压灵敏度
对于接入新能源场站内部各节点的无功补偿设备、电池储能系统,首先计算无功功率/电压灵敏度。根据牛顿拉夫逊法,各节点潮流方程的矩阵形式为:
式中ΔP与ΔQ为各节点有功功率与无功功率变化量;J为雅各比矩阵;ΔU与Δθ为各节点电压与相位角变化量。
令ΔP=0,则可获得无功功率/电压灵敏度S为:
对于新能源场站内部可调节抽头的变压器,计算变压器变比/电压灵敏度。变压器的等值计算图见图1,对于接入电力系统节点i与节点j的电力变压器,其变压器变比/电压灵敏度S为:
对节点i:
S=S1(i)mUiUjYij(式3)
对节点j:
式中Δk为变压器分接头变化量;m为调整步数;U为该节点的电压;k1为变压器初始分接头位置;S1为该节点的初始灵敏度;Yij为等效变压器导纳,其计算公式如下
式中k为变压器变比;Zt为变压器短路阻抗。
2)计算无功功率/网损灵敏度
对于接入新能源场站内部各节点的无功补偿设备、电池储能系统,计算无功功率/网损灵敏度。设新能源场站内部节点数为n,则网损计算公式如下:
其矩阵形式为:
可推出无功功率/网损灵敏度D为:
式中Ploss为该节点网损;P与Q为该节点有功功率与无功功率;U与θ为该节点电压与相位角;J为雅各比矩阵。
3)确定调节步长
根据新能源场站内部各节点电压越限与未越限两种情况,分别定义调节步长。
a)当电压越限时,根据电压灵敏度和电压需求的最大值定义调节步长,当电压满足要求后,即完成对电压的调节。其中,电压需求定义为各节点电压所需的调节量,表示为:
Unv=[Unv,1,Unv,2,L,Unv,n] (式9)
其中,每个节点对应的调节需求为:
当Unv<0,即代表电压越上限,需降低电压;当Unv>0,即代表电压越下限,需提高电压。当Unv非0,且绝对值越大,说明超出正常水平越高,该节点调节需求更加迫切,则可设定该节点调节手段优先度越大。此时对应绝对值最大的电压灵敏度为Smax,相应调节步长k按下式确定:
当调节手段为变压器时:
当调控手段为SVG或储能设备时:
式中,‖·‖为向左取整函数,[·]为向右取整函数,Unv,max为绝对值最大的电压需求。
b)当电压未越限时,此时根据网损灵敏度选择调节手段,调节步长k按下式确定:
k=c(lmax+lmin) (式13)
lmax为各个设备的调节上限;lmin为各个设备的调节下限;c为调节系数。
4)确定无功设备出力目标值
本发明的计算流程见图2。根据步骤1)与步骤2),计算获得各节点无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;根据步骤3)实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;随后按照以下原则对各无功电源进行排序:
当风光储新能源场站出现内部电压越限时,将无功电源分为既能改善电压又能降低网损、改善电压但增加网损两类。对于电压越上限来说,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相同时,该调控手段既能改善电压又能降低网损;同为负则正方向调节,同为正则反方向调节。对于电压越下限来说,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相反,该调控手段既能改善电压又能降低网损;电压灵敏度为正时正向调节,反之反向调节。若没有既能改善电压又能降低网损的调控手段,则选择改善电压但增加网损的控制变量。
对于风光储新能源场站未出现电压越限时,则优先调节网损灵敏度D绝对值最大的控制变量。
上述策略可总结如表1所示。
表1灵敏度调控策略表
仿真例
下面以风电装机200MW、光伏装机100MW、储能装机100MW/100MWh的某风-光-储新能源发电项目为算例,对本发明做进一步详细描述:
首先,给定风场、光伏某日有功出力数据见图3与图4。
采用本发明所述风光储发电站无功协调控制方法,按照步骤1)至步骤4),以每1h为时间间隔,逐小时计算给出风光储新能源场站无功电源出力计划,通过控制风光储新能源场站内SVG、储能设备的无功出力与变压器分接头来调节系统内部电压并降低网损。下面对无功控制效果进行展示。在0点至9点时间段内由于风资源较高的渗透率,导致整体系统电压偏高,电压标幺值大于1.1,如图5所示。无功设备未参与调度前,系统网络损耗较高,整体网损率约为5.5%。在经过无功电压协调控制后,相比未调压前的电压情况,电压情况大大改善,基本没有电压约限的情况,如图5中,(a)与(b)所示。相比无功设备未参与调度前,系统网络损耗大大降低,网损率降为3.8%。综上,本发明提出的基于电压与网损灵敏度的风光储新能源场站无功协调控制方法是有效的。
从实施案例可以看出,本发明提出了一种基于电压与网损灵敏度的风光储新能源场站无功协调控制方法。该方法以新能源场站配置的无功补偿设备、电池储能系统与变压器调压接头为主要调节对象,通过实时计算新能源场站内部各节点的电压与网损灵敏度矩阵,给出各节点的最优无功功率协调控制策略,并下发给各无功设备执行,从而实现新能源场站内部电压控制与降低网损的双重目标。
如图7所示,本发明还提供一种风光储新能源场站无功协调控制系统,包括:
计算模块,用于计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
策略给出模块,用于实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
执行模块,用于下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
本发明提供一种电子设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
所述风光储新能源场站无功协调控制方法包括以下步骤:
计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
本发明第还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
所述风光储新能源场站无功协调控制方法包括以下步骤:
计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
2.根据权利要求1所述的一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,
所述的无功功率/电压灵敏度S的计算方法包括:
根据牛顿拉夫逊法,各节点潮流方程的矩阵形式为:
式中,ΔP与ΔQ为各节点有功功率与无功功率变化量;J为雅各比矩阵;ΔU与Δθ为各节点电压与相位角变化量;
令ΔP=0,则可获得无功功率/电压灵敏度S为:
对于新能源场站内部可调节抽头的变压器,计算变压器变比/电压灵敏度;
对于接入电力系统节点i与节点j的电力变压器,其变压器变比/电压灵敏度S为:
对节点i:
S=S1(i)mUiUjYij (式3)
对节点j:
式中,Δk为变压器分接头变化量;m为调整步数;U为节点的电压;k1为变压器初始分接头位置;S1为节点的初始灵敏度;Yij为等效变压器导纳,其计算公式如下:
式中k为变压器变比;Zt为变压器短路阻抗。
4.根据权利要求1所述的一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,
所述实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k,包括:
根据新能源场站内部各节点电压越限与未越限两种情况,分别定义调节步长;
a)当电压越限时,根据电压灵敏度和电压需求的最大值定义调节步长,当电压满足要求后,即完成对电压的调节;其中,电压需求定义为各节点电压所需的调节量,表示为:
Unv=[Unv,1,Unv,2,L,Unv,n] (式9)
其中,每个节点对应的调节需求为:
当Unv<0,代表电压越上限;当Unv>0,代表电压越下限;当Unv非0,且绝对值越大;对应绝对值最大的电压灵敏度为Smax,相应调节步长k按下式确定:
当调节手段为变压器时:
当调控手段为SVG或储能设备时:
式中,‖·‖为向左取整函数,[·]为向右取整函数,Unv,max为绝对值最大的电压需求;
b)当电压未越限时,此时根据网损灵敏度选择调节手段,调节步长k按下式确定:
k=c(lmax+lmin) (式13)
lmax为各个设备的调节上限;lmin为各个设备的调节下限;c为调节系数。
5.根据权利要求1所述的一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,
所述对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略,包括:
当风光储新能源场站出现内部电压越限时:
对于电压越上限,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相同时,同为负则正方向调节,同为正则反方向调节;
对于电压越下限,电压灵敏度和网损灵敏度代数符号相反,电压灵敏度为正时正向调节,反之反向调节;
对于风光储新能源场站未出现电压越限时,则优先调节网损灵敏度D绝对值最大的控制变量。
6.根据权利要求1所述的一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,所述计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D之前还包括:读取场站运行潮流数据。
7.根据权利要求1所述的一种风光储新能源场站无功协调控制方法,其特征在于,所述下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行之后还包括:
判断网损率与电压是否合格,若合格,则结束;若不合格则返回计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D的步骤。
8.一种风光储新能源场站无功协调控制系统,其特征在于,包括:
计算模块,用于计算获得各节点的无功功率/电压灵敏度S与无功功率/网损灵敏度D;
策略给出模块,用于实时判断各节点电压越限情况,确定电压调节步长k;对各无功电源进行排序,给出各节点的最优无功功率协调控制策略;
执行模块,用于下发所述最优无功功率协调控制策略给各无功设备执行。
9.一种电子设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1~7任一项所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~7任一项所述风光储新能源场站无功协调控制方法的步骤。
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