CN110707757B - 一种基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，通过多级控制区多能源协调控制调度运行控制方法，实现电网大规模新能源的主站接入和有功自动控制，通过协调控制策略，协调常规机组与风电光伏等新能源机组实现对电网的调频、调峰、联络线控制、断面控制、替代交易控制等功能，优化常规机组出力，在保证电网安全的前提下，使电网最大能力接纳新能源出力，有效解决大规模新能源接入过程中遇到的实时控制问题，实现对大电网的有效支撑，提高电网运行的安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网调度控制方法，尤其涉及一种基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法。
背景技术
随着电网规模的快速增长，各种新能源的加入，特高压直流配套电源陆续投产，电网将出现国调、分中心、省调多级控制区联合控制，控制区内风水火光等多类型电源交织，控制区内、控制区间、新能源替代交易控制、联络线控制策略与考核要求复杂。调度人员的调控工作压力越来越大，主要依赖人工调度的模式将逐步难以适应。包含大规模新能源场站的电网在峰谷调节、频率控制、断面控制、最大限度的发挥新能源效力等环节具有其自身特性，传统调度自动化系统已经不能完全适应其调度运行的需要。
公布号为CN106602613A的发明专利公开了一种省地两级准实时断面协调控制方法，通过在省调侧统一计算各个地调的新能源发电空间，再在地调侧实时监测断面运行状态再对发电空间进行修正，能够在保证电网输电断面安全的前提下，对输电断面的输电能力进行充分利用，实现对新能源的最大化消纳。
公布号为CN105048517A的发明专利公开了一种多级能源协调控制系统，态势感知模块通过分析与辨识技术，提供配电网的运行状态与运行趋势信息给优化决策模块，优化决策模块通过分析配电网的实时运行状态与运行趋势，根据优化目标和约束条件，得到单元调控策略并传输至策略执行与评估模块。策略执行与评估模块包括智能决策专家库和调控效果评估单元，调控效果评估单元实际执行单元调控策略，将保证多级能源系统稳定且完成优化目标速度快的单元调控策略存入智能决策专家库。配电网快速仿真模块与态势感知模块和优化决策模块进行交互，提供各模块所需的仿真结果。
上述发明均未考虑国、分、省多级控制区的协调控制方法，并且无法有效解决大规模分布式新能源接入后遇到的实时控制协调复杂度的问题。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种以新能源消纳为目标的多类型能源分层协调控制方法，有效解决国调、分中心、省调多级控制区联合控制时，由于大规模新能源接入以及区域内多类型能源交织导致的实时控制问题，实现对大电网的有效支撑，提高电网运行的安全性和经济性。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法。该方法应用于含有国调、分中心、省调多级控制区的自动发电控制系统，由所述自动发电控制系统执行，包括以下步骤：
(1)对区域内的全部能源进行分层控制，建立常规能源自动发电控制层、新能源自动发电控制层以及多能源混合断面层；
(2)当系统功率出现波动时，在保证全网常规能源断面和新能源断面安全的条件下，对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，计算常规能源断面和新能源断面的调节指令；
其中，对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，是指在上调控制时优先调节新能源，以优先消纳新能源发电。下调控制时优先调节常规能源。在下调控制中优先调节快速调节机组，尤其是调节水电或调节性能优异的火电、燃机机组，以达到快速平抑包括新能源波动在内的有功扰动的目的；再将水电或其他快速调节机组的电量部分转移到慢速调节机组中去，确保快速调节机组具备有效调节容量。
(3)对多能源混合断面层进行协调控制，在保证混合断面安全的条件下修正各混合断面上新能源场站的调节指令；
其中，对多能源混合断面层进行协调控制，是指在混合断面安全的前提下优先保证新能源出力。优选采取以下协调控制方法：
安全区：断面关联的常规机组进行常规ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制策略进行调节；
帮助区：断面关联灵敏度为强的常规机组只能朝断面恢复方向调节，灵敏度为弱的常规机组进行ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制策略进行调节；
紧急区：断面关联的所有常规机组只能朝断面恢复方向调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力；
越限区：断面关联的常规机组立即参与断面调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力，如果常规备用不足则新能源立即参与断面调节；
过载区：所有机组立即参与断面调节；
所述安全区、帮助区、紧急区、越限区和过载区是根据区域内的功率波动情况来设定的。所述新能源嵌套断面控制策略的具体控制方法参见专利申请号为2019109227704，发明名称为“一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统”的发明专利。
对混合断面上连接的新能源场站调节指令进行修正，包括以下过程：
(31)计算出混合断面的控制偏差，该控制偏差为断面输出潮流限值与断面实际潮流值；
(32)将断面控制偏差按照给定的新能源发电场的功率分配策略分配给各个参与调整的新能源场站，利用所得的分配量对参与调整的新能源场站调节指令进行修正。
(4)新能源自动发电控制层将计算所得的新能源调节指令信息发送给常规能源自动发电控制层，常规能源自动发电控制层将所述新能源调节指令信息计入常规能源的区域控制偏差，在保证常规能源断面安全的条件下重新计算常规能源的调节指令；所述新能源调节指令信息包括新能源总调节量和新能源对电网产生的功率波动；
(5)常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层执行步骤(3)所得的调节指令。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)在国调、分中心、省调多级控制区联合控制的情况下，通过从不同层次进行协调控制策略，包括全网新能源和常规能源的协调控制以及多能源混合断面之间的协调控制，降低由于大规模新能源接入以及区域内多类型能源交织导致的控制复杂度，提高了多类型能源的控制灵活度；(2)通过全网新能源自动发电控制层与常规自动发电控制层之间的信息双向实时交互，在对常规机组进行调节时，充分考虑电网新能源功率的变化量，这样既可避免常规机组由于新能源功率波动而频繁调节，也可减少常规机组对电网调节的滞后性，从而提升电网运行安全性和经济性；(3)对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，在功率上波动时优先调节新能源，以及对多能源混合断面层进行协调控制中优先利用新能源出力，可提高新能源的消纳量。
附图说明
图1是多类型能源分层协调控制示意图；
图2是全网新能源和常规能源的协调控制示意图；
图3是多能源混合断面协调控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，应用于含有国调、分中心、省调多级控制区的自动发电控制系统，系统通过调度监控计算机、通道、远方终端、分配装置、发电机组自动化装置形成闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。由上述控制系统执行下述协调控制方法，需要指出的是，本发明并未针对具体某一种断面类型的功率分配的计算方法提出新的计算方案，各种不同约束条件下的功率分配算法均可以用于本发明，本发明旨在针对多类型能源间的协调控制方面提出优化方案。
该方法包括以下步骤：
(1)对区域内的全部能源进行分层控制，建立常规能源自动发电控制层、新能源自动发电控制层以及多能源混合断面层。
如图1所示，考虑到所要实现协调控制的电网包含有国调、分中心、省调多级控制区，控制区内风水火光等多类型电源交织，控制区内、控制区间、新能源替代交易控制、联络线控制策略与考核要求复杂，因此本发明从不同层次上考虑协调控制策略。具体分为三个层次，包括常规能源AGC层、新能源AGC层以及多能源混合断面协调控制层，AGC是自动发电控制(Automatic Generation Control)的简称。本发明将全网多类型能源协调控制问题，转化为全网常规能源和新能源的协调控制以及多能源混合断面之间的协调控制的问题。这种分层控制方法打破了常规的主、从控制区的界限，在降低控制复杂度的同时，提高了控制的灵活度。
(2)当系统功率出现波动时，在保证全网常规能源断面和新能源断面安全的条件下，对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，计算常规能源断面和新能源断面的调节指令。
全网新能源和常规能源的协调控制策略上对各类调节资源进行优先级设置，在上调控制时优先调节新能源，以优先消纳新能源发电。下调控制时优先调节常规能源。在下调控制中优先调节快速调节机组，尤其是调节水电或调节性能优异的火电、燃机机组，以达到快速平抑包括新能源波动在内的有功扰动的目的；再将水电或其他快速调节机组的电量部分转移到慢速调节机组中去，确保快速调节机组具备有效调节容量。每发生一次新能源较大范围的波动，就会完成水、火、风、光的一次转换；新能源场站一般只在紧急情况下或常规电源调节能力不足时参与调节。这里的调节机组的快速、慢速指的是调节机组对系统波动的调节效率，即系统在机组调节后由波动回归正常的快慢。
符合上述协调控制策略的一种优选的控制策略表如下：
在上表中，各个情况(紧急区、帮助区等)的划分条件是根据整个多级控制区区域内的功率波动情况来设定的，表中上调指的是增加出力，下调则相反，指减小能源设备的出力。
(3)对多能源混合断面层进行协调控制，在保证混合断面安全的条件下修正各混合断面上新能源场站的调节指令。
如图3所示，电网中多类型能源混合断面的协调控制策略，是在保证断面安全的前提下优先保证新能源利用，新能源机组在参与完混合断面的控制后，还需参与新能源嵌套断面的控制，同时保证两种类型断面的安全。
断面既可以是电网实际断面，也可以是调度定义的虚拟断面(如全网风电总出力、各风区总出力等)。在进行断面控制时，首先需要计算出控制断面的控制偏差，该控制偏差为断面输出潮流限值与断面实际潮流值，并留有一定的稳定裕度。新能源功率控制功能模块自动将断面控制偏差按照给定的风电场功率分配策略分配给各个参与调整的新能源场站，将参与断面控制分配得到的分配量对参与调整新能源场站原计划进行修正得到控制目标后，再将其发送至各个新能源场站。
对含多类型能源的混合断面采用分区控制策略，各区间的限值由调控处提供，在不同区间对新能源和常规能源采用不同的调节策略，保证该断面的安全稳定运行。混合断面的协调控制策略表如下：
(1)安全区：断面关联的常规机组进行ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制策略进行调节；
(2)帮助区：断面关联灵敏度为强的常规机组只能朝断面恢复方向调节，灵敏度为弱的常规机组进行ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制策略进行调节；
(3)紧急区：断面关联的所有常规机组只能朝断面恢复方向调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力；
(4)越限区：断面关联的常规机组立即参与断面调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力。如果常规备用不足则新能源立即参与断面调节；
(5)过载区：所有机组立即参与断面调节。
上述各个情况(安全区、帮助区等)的划分条件是根据区域内的功率波动情况来设定的，调节目标是保证断面安全。所述新能源嵌套断面控制策略的具体控制方法参见专利申请号为2019109227704，发明名称为“一种新能源多层嵌套断面功率控制方法及系统”的发明专利。
(4)新能源自动发电控制层将计算所得的新能源调节指令信息发送给常规能源自动发电控制层，常规能源自动发电控制层将所述新能源调节指令信息计入常规能源的区域控制偏差，在保证常规能源断面安全的条件下重新计算常规能源的调节指令；所述新能源调节指令信息包括新能源总调节量和新能源对电网产生的功率波动；
如图2所示，新能源自动发电控制层与常规自动发电控制层之间的信息是双向实时交互的，新能源自动发电控制在下发指令前将新能源总的调节量和新能源对电网产生的功率波动信息传递给常规自动发电控制，在对常规机组进行调节时，充分考虑电网新能源功率的变化量，这样既可避免常规机组由于新能源功率波动而频繁调节，也可减少常规机组对电网调节的滞后性，从而提升电网运行安全性和经济性。上述对新能源功率变化量的充分考虑是指，计算区域控制偏差ACE时将新能源总的调节量和新能源对电网产生的功率波动信息计算在内。区域控制偏差ACE的一般表达式为：
ACE＝ΔP+KΔf
式中Δ户为本控制区域内的功率偏差；K为区域控制误差系数，Δf为系统频率偏差。在满足电网安全约束条件、电网频率和对外净交换功率计划的前提下协调参与遥调的发电机组的出力按最优经济分配原则运行。
(5)常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层执行步骤(3)所得的调节指令。
需要指出的是，本发明并未针对具体某一种断面类型的区域控制偏差计算方法提出新的计算方案，各种不同约束条件下的区域控制偏差算法均适用于本发明所述的基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法。
Claims (4)
1.一种基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，应用于含有国调、分中心、省调多级控制区的自动发电控制系统，其特征在于，所述控制方法由所述自动发电控制系统执行，包括以下步骤：
(1)对区域内的全部能源进行分层控制，建立常规能源自动发电控制层、新能源自动发电控制层以及多能源混合断面层；
(2)当系统功率出现波动时，在保证全网常规能源断面和新能源断面安全的条件下，对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，计算常规能源断面和新能源断面的调节指令；
(3)对多能源混合断面层进行协调控制，在保证混合断面安全的条件下修正各混合断面上新能源场站的调节指令；所述的对多能源混合断面层进行协调控制，是指在混合断面安全的前提下优先保证新能源出力；所述在混合断面安全的前提下优先保证新能源出力，包括以下协调方法：
安全区：断面关联的常规机组进行常规ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制方法进行调节；
帮助区：断面关联灵敏度为强的常规机组只能朝断面恢复方向调节，灵敏度为弱的常规机组进行ACE调节，新能源机组按新能源嵌套断面控制方法进行调节；
紧急区：断面关联的所有常规机组只能朝断面恢复方向调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力；
越限区：断面关联的常规机组立即参与断面调节，新能源场站取当前出力作为控制上限，不允许增出力，如果常规备用不足则新能源立即参与断面调节；
过载区：所有机组立即参与断面调节；
所述安全区、帮助区、紧急区、越限区和过载区是根据区域内的功率波动情况来设定的；
(4)新能源自动发电控制层将计算所得的新能源调节指令信息发送给常规能源自动发电控制层，常规能源自动发电控制层将所述新能源调节指令信息计入常规能源的区域控制偏差，在保证常规能源断面安全的条件下重新计算常规能源的调节指令；所述新能源调节指令信息包括新能源总调节量和新能源对电网产生的功率波动；
(5)常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层执行步骤(3)所得的调节指令。
2.根据权利要求1所述的基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述的对全网常规能源自动发电控制层和新能源自动发电控制层进行协调控制，是指在上调控制时优先调节新能源，下调控制时优先调节常规能源。
3.根据权利要求2所述的基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，其特征在于，所述下调控制时优先调节常规能源，包括以下过程：首先调节快速调节机组，然后将快速调节机组的调节电量部分转移到慢速调节机组中去，确保快速调节机组具备有效调节容量。
4.根据权利要求1所述的基于新能源消纳的多类型能源分层协调控制方法，其特征在于，步骤(3)中所述的在保证混合断面安全的条件下修正各混合断面上新能源场站的调节指令，包括以下过程：
(31)计算出混合断面的控制偏差，该控制偏差为断面输出潮流限值与断面实际潮流值；
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