CN104037805B - 一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法根据公平调度原则，在光伏电站进入自由发状态后，将电网接纳光伏发电的空间按照负载率偏差最小的方法平均分配到各光伏电站，一方面避免了由于光伏电站有功设定值过小而产生不必要的弃光，另一方面避免由于下发光伏电站容量导致有功设定值过大，使得光伏电站出力超过电网承受能力。本方法集成在调度中心运行的光伏发电有功控制主站系统中，使该系统实时根据光伏发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网有足够下旋备安全空间，并且光伏电站与电网连接线路断面的有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度。

Description

一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法

技术领域

本发明涉及一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。

背景技术

光资源的强随机性、预测困难、反调峰等特点使得电网有功调度控制愈加困难。如何在保证电网安全的前提下，最大程度利用光伏发电资源，尽可能多地消纳光伏发电已经成为目前各个光伏发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对光伏发电接入后的有功功率调度控制进行了大量研究，并取得一系列研究和应用成果。实际现场运行经验表明，在有功功率调度控制体系中引入分钟级的快速光伏发电调度实时控制，对保障电网安全，减少弃光损失可以起到显著作用。

目前，工程现场主要采用启发式人工控制方法对光伏电站有功功率进行控制，即当电网存在安全问题，需要降低光伏电站有功功率时，运行人员凭借运行经验直接切除1个或者多个光伏电站或者将弃光量平均分配到各个光伏电站,当电网有光电接纳空间时，各光伏电站进入自由发状态，不去限制光伏发电的出力。这种方法主要问题在于：(1)依赖于运行人员的经验，难以保证调度的公平性；(2)当电网安全不受限，存在光伏发电接纳空间时，人工控制方式无法及时恢复光伏电站有功功率，而导致不必要的弃光；(3)在自由状态下，若光伏电站的功率增长较快，同时电网接纳空间有限时，容易造成电网出现安全问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，克服现有技术的不足之处，以适应目前光伏发电的快速波动化以及电网安全、最小弃光和公平调度的多重控制需求。

本发明提出的计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心得到电网可接纳的光伏电站有功功率从电网的数据采集与监视控制系统采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w和各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s，从电网调度中心获取有功功率下限p ^w、估计最大有功功率和有功功率上限；

(2)若上述光伏电站有功功率则将与电网相连的各光伏电站的自由发电调节量设为0，并进行步骤(6)；

(3)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(4)建立计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}}{\min }(W^p\·(\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f})+W^r\·\underset{i{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的自由发电调节量，为第i个光伏电站的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设定计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的约束条件，包括：

(5-1)第i个光伏电站的实时有功功率有功功率下限自由发电调节量和光伏电站容量p^w,m之间满足以下关系式：

${\underset{\‾}{p}}_i^w\≤p_i^w+\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}\≤p^{w,m}$

(5-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和自由发电调节量Δp^w,f之间满足以下关系：

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\Δ}{p}^{w,f}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^s,$

(5-3)电网中所有光伏电站的自由发电调节量满足以下关系式：

$\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}\≤\max \{\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(p_i^w-{\underset{\‾}{p}}_i^w)\},$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限；

(5-4)设定光伏发电有功功率调节的方向约束，使

(6)采用内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)的二次规划数学模型，得到光伏电站自由发电调节量

(7)以上述光伏电站自由发电调节量对光伏电站进行控制，实现考虑电网安全的电力系统光伏电站自由发电控制。

本发明提出的计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，其特点和效果是：本方法根据公平调度原则，在光伏电站进入自由发状态后，将电网接纳光伏发电的空间按照负载率偏差最小的方法平均分配到各光伏电站，一方面避免了由于光伏电站有功设定值过小而产生不必要的弃光，另一方面避免由于下发光伏电站容量导致有功设定值过大，使得光伏电站出力超过电网承受能力。本方法可集成在调度中心运行的光伏发电有功控制主站系统中，使该系统能够实时根据光伏发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证电网有足够下旋备安全空间，并且光伏电站与电网连接线路断面的有功功率安全，并兼顾各光伏电站间的公平调度。

具体实施方式

本发明提出的计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统采集当前电网自动发电控制机组的实时下旋备、光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心得到电网可接纳的光伏电站有功功率从电网的数据采集与监视控制系统采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w和各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s，从电网调度中心获取有功功率下限p ^w、估计最大有功功率和有功功率上限；

(2)若上述光伏电站有功功率则表明当前电网不具备继续接纳光伏发电的空间，将与电网相连的各光伏电站的自由发电调节量设为0，并进行步骤(6)；

(3)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(4)建立计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的目标函数，如下：

$\underset{\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}}{\min }(W^p\·(\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f})+W^r\·\underset{i{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的自由发电调节量，为第i个光伏电站的负载偏差率，用于表征各光伏电站的负载率与平均负载率的偏差，上述目标函数中的促使自由发电控制时最大程度地利用电网消纳能力，同时避免光伏发电总量超过电网消纳能力，式(3)目标函数中的促使各光伏电站向其有功功率更加均衡的方向发展，即负载率偏差接近于零，W^p、W^r分别为权重系数，为了优化保证最小弃光，一般有W^p>W^r。在实际应用中，W^p取值10.0，W^r取值0.01；

(5)设定计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的约束条件，包括：

(5-1)第i个光伏电站的实时有功功率有功功率下限自由发电调节量和光伏电站容量p^w,m之间满足以下关系式：保证光伏电站有功功率在其最小出力和其最大出力之间：

${\underset{\‾}{p}}_i^w\≤p_i^w+\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}\≤p^{w,m}$

(5-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和自由发电调节量Δp^w,f之间满足以下关系：以保证越限校正控制后各光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率小于有功功率上限，其中的主要受电网稳定约束限制的光伏电站与电网之间连接线路断面的最大有功功率，

$p_i^s+S^{\mathrm{SW}}\mathrm{\Δ}{p}^{w,f}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^s.$

(5-3)电网中所有光伏电站的自由发电调节量满足以下关系式：总自由发电调节量小于可消纳光伏发电容量约束，避免由于光伏发电有功功率过大，引起电网的频率安全问题，即AGC机组下旋备不足或者联络线实时有功功率值偏离计划过多，

$\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{p}_i^{w,f}\≤\max \{\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}},-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(p_i^w-{\underset{\‾}{p}}_i^w)\}.$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限；

(5-4)设定光伏发电自由发电调节量的方向约束，使本约束避免在自由控制下，产生限制光伏电站出力的不合理指令。

(6)采用内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)的二次规划数学模型，得到考虑电网安全的电力系统光伏电站自由发电控制的光伏电站自由发电调节量

(7)以上述光伏电站自由发电调节量对光伏电站进行控制，实现考虑电网安全的电力系统光伏电站自由发电控制。

本发明的计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法中，涉及的自动发电控制机组，是指电网中参与自动发电控制的发电机组。自动发电控制(AutomaticGenerationControl，AGC)是电力系统有功功率调整和频率控制的一种，AGC是电力系统调度自动化的主要内容之一，利用调度中心侧监控计算机、远动通道、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。

本方法中的自动发电控制机组下旋备，用来表征机组有功功率最大的可下调空间。设机组i的有功功率当前值为有功功率下限为则机组i的有功功率下旋备的定义为： $p_i^{\mathrm{cap}}=p_i^{\mathrm{curr}}-p_i^{\min }.$

本方法中的光伏电站负载偏差率用于表征各光伏电站的负载率与平均负载率的偏差，满足如下关系：

${r_i}^w=\frac{p_i^w}{c_i^w\·{\stackrel{\‾}{p}}_i^w}-\stackrel{\‾}{r^w}$

其中为光伏电站平均负载率，是为了充分调动各光伏电站跟踪控制中心调度指令的积极性而引入光伏电站，并作为光伏发电公平调度的依据，满足如下关系：

$\stackrel{\‾}{r^w}=\frac{\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}{p}_i^w}{\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\mathrm{\Σ}}(c_i^w\·{\stackrel{\‾}{p}}_i^w)}$

其中，Ω^w为所有的受控光伏电站集合，为光伏电站上送的第i个光伏电站的最大出力预测值。c^w为光伏电站考核打分指标，用于定量描述光伏电站对电网的友好接入程度，主要由调度运行人员人工确定并周期更新(月度/周度)，满足0≤c^w≤1。

Claims (1)

1.一种计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)从电网的数据采集与监视控制系统采集光伏电站与电网之间的连接线路有功功率偏差，从电网调度中心得到电网可接纳的光伏电站有功功率从电网的数据采集与监视控制系统采集与电网相连的各光伏电站的实时有功功率p^w和各光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率p^s，从电网调度中心获取有功功率下限p ^w、估计最大有功功率和有功功率上限

(2)若上述光伏电站有功功率则将与电网相连的各光伏电站的自由发电调节量设为0，并进行步骤(6)；

(3)从电网调度中心获取各光伏电站对光伏电站与电网之间连接线路断面的有功功率灵敏度S^SW；

(4)建立计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的目标函数，如下：

$\underset{{\mathrm{\Δp}}_i^{w,f}}{\min }(W^p\·({\mathrm{\Δp}}_{wind}^{cap}-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\Σ}{\mathrm{\Δp}}_i^{w,f})+W^r\·\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\Σ}{\left(r_i^w\right)}^2)$

其中：Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的自由发电调节量，为第i个光伏电站的负载偏差率，W^p、W^r分别为权重系数，W^p取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设定计及电网安全约束的光伏电站可发电裕度分配方法的约束条件，包括：

(5-1)第i个光伏电站的实时有功功率有功功率下限自由发电调节量和光伏电站容量p^w,m之间满足以下关系式：

(5-2)第i个光伏电站与电网之间连接线路断面的实时有功功率有功功率上限灵敏度S^SW和自由发电调节量Δp^w,f之间满足以下关系：

$p_i^s+S^{SW}{\mathrm{\Δp}}^{w,f}\≤{\stackrel{\‾}{p}}_i^s,$

(5-3)电网中所有光伏电站的自由发电调节量满足以下关系式：

$\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\Σ}{\mathrm{\Δp}}_i^{w,f}\≤max\{{\mathrm{\Δp}}_{wind}^{cap},-\underset{i\∈{\mathrm{\Ω}}^w}{\Σ}(p_i^w-{\underset{\‾}{p}}_i^w)\},$

其中，Ω^w为与电网相连的所有光伏电站集合，为电网可接纳的光伏电站有功功率，为第i个光伏电站的实时有功功率，为第i个光伏电站有功功率下限；

(5-4)设定光伏发电站自由发电调节量的方向约束，使

(6)采用内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)的二次规划数学模型，得到光伏电站自由发电调节量

(7)以上述光伏电站自由发电调节量对光伏电站进行控制，实现考虑电网安全的电力系统光伏电站自由发电控制。