一種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，屬于新能源接入電力系統的運行和控制【技術領域】。本方法依據當前電網對風力發電的可接納能力，當電網可繼續接納風力發電時，啟動恢復控制，優先提高負載率低并且存在棄風的風電場有功功率；當電網需要棄風時，啟動棄風控制，優先減少負載率高并且具備棄風條件的風電場有功功率；當電網風力發電調節需求為零時，啟動調整控制，降低負載率過高的風電場有功有功功率，提高負載率較低的風電場有功功率，促使各受控風電場的出力負載率偏差接近于零。本方法可集成在調度中心運行的風力發電有功控制主站系統中，保證電網有足夠下旋備安全空間，并兼顧各風電場間的公平調度。
【專利說明】-種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，屬于新能源 接入電力系統的運行和控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 風資源的強隨機性、預測困難、反調峰等特點使得電網有功調度控制愈加困難。如 何在保證電網安全的前提下，最大程度利用風力發電資源，盡可能多地消納風力發電已經 成為目前各個風力發電基地所在電網面臨的共同挑戰之一。目前，業界已經對風力發電接 入后的有功功率調度控制進行了大量研究，并取得一系列研究和應用成果。實際現場運行 經驗表明，在有功功率調度控制體系中引入分鐘級的快速風力發電調度實時控制，對保障 電網安全，減少棄風損失可以起到顯著作用。
[0003]目前，工程現場主要采用啟發式人工控制方法對風電場有功功率進行控制，即當 電網存在安全問題，需要降低風電場有功功率時，運行人員憑借運行經驗直接切除1個或 者多個風電場或者將棄風量平均分配到各個風電場。這種方法依賴于運行人員的經驗，難 以保證調度的公平性，同時當電網安全不受限，存在風電接納空間時，人工控制方式無法及 時恢復風電場有功功率，而導致不必要的棄風。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提出一種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法克 服現有技術的不足之處，以適應目前風力發電的快速波動化以及電網安全、最小棄風和公 平調度的多重控制需求。
[0005] 本發明提出的基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，包括以下步 驟：
[0006] (1)從電網的數據采集與監視控制系統中采集當前電網自動發電控制機組的實時 下旋備、風電場與電網之間的連接線路有功功率偏差，從電網調度中心獲取電網可接納的 風電場有功功率~丨：，采集與電網相連的各風電場的實時有功功率Pw、有功功率下限 估計最大有功功率y、各風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功率ps和有功功率 上限彡
[0007」(2)從電網調度中心獲取各風電場對風電場與電網之間連接線路斷面的有功功率 靈敏度Ssw ；
[0008] (3)建立基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的目標函數，如下：
[0009] rnin(W^(Ap：!：d - Σ Δ/0+ W' Σ (/f)2) Pi i^aw iGQw
[0010] 其中：與電網相連的所有風電場的集合，AC為電網可接納的風電場有功 功率，Λρ;'。為第i個風電場的棄風調整量，r,w為第i個風電場的負載偏差率，WM r分別為 權重系數，wp>r，r取值?ο. ο，r取值ο. οι ；
[0011] (4)設定基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的約束條件，包括：
[0012] (4-1)第i個風電場的實時有功功率、有功功率下限、棄風調整量~廣°和估計最大 有功功率之間滿足以下關系式：
[0013] <ρ· .
[0014] (4-2)第i個風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功μ有功功率上限 7、靈敏度ssw和棄風調整量Apw'°之間的關系滿足下式：
[0015] P- +S^\p'''n < ρ].
[0016] (4-3)電網中所有風電場的棄風調整量滿足以下關系式：
[0017] Σ ^ max , - Σ (A" - ￡ )) i^aw ieClw
[0018] 其中，Ω1*1為與電網相連的所有風電場集合，Δ/CL為電網可接納的風電場有功功 率，Ρ：為第i個風電場的實時有功功率，I:為第i個風電場有功功率下限；
[0019] (4-4)設定風力發電有功功率調節的方向約束，當電網可接納的風電場有功功率 ^PCZ, > 0，使 W 乏 0 i e Ω ' 當 C < 0 時，使 ~廣0 <0 i e Ω"；
[0020] (5)通過內點法求解上述步驟（3)和步驟⑷的二次規劃數學模型，得到風電場有 功功率調整量；
[0021] (6)以上述風電場有功功率調整量對風電場進行控制，實現基于以最小棄風控制 為目標的電力系統風電場公平調度。
[0022] 本發明提出的基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，其特點和效果 是：依據當前電網對風力發電的可消納能力，當電網可繼續消納風力發電時，啟動恢復控 制，優先提高負載率低并且存在棄風的風電場有功功率；當電網需要棄風時，啟動棄風控 制，優先減少負載率高并且具備棄風條件的風電場有功功率；當電網風力發電調節需求為 零時，啟動調整控制，降低負載率過高的風電場有功功率，提高負載率較低的風電場有功功 率，促使各受控風電場的有功功率負載率偏差接近于零。本方法可集成在調度中心運行的 風力發電有功功率控制主站系統中，使該系統能夠實時根據風力發電運行狀態和電網運行 狀態，實施最適宜的控制策略，保證電網有足夠下旋備安全空間，并且風電場與電網連接線 路斷面有功功率安全，并兼顧各風電場間的公平調度。
【具體實施方式】
[0023] 本發明提出的基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，包括以下步 驟：
[0024] (1)從電網的數據采集與監視控制系統中采集當前電網自動發電控制機組的實時 下旋備、風電場與電網之間的連接線路有功功率偏差，從電網調度中心獲取電網可接納的 風電場有功功率Δ/C，采集與電網相連的各風電場的實時有功功率pw、有功功率下限、 估計最大有功功率/、各風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功率Ps和有功功率 上限
[0025] (2)從電網調度中心獲取各風電場對風電場與電網之間連接線路斷面的有功功率 靈敏度Ssw ；
[0026] (3)建立基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的目標函數，如下：
[0027] min(W-.(^- - Σ ΑρΓ? + W· X (iff) Pi ienw
[0028] 其中：Ω1*1為與電網相連的所有風電場的集合，AC為電網可接納的風電場有功 功率，AP %第i個風電場的棄風調整量，r；為第i個風電場的負載偏差率，用于表征 各風電場的負載率與平均負載率的偏差，目標函數中的1^|7'(~二_[~<、°)促使棄 風控制后最大程度地利用電網對風力發電容量進行消納，減少風電場棄風，目標函數中的 w. Σ (ο2促使各風電場向其有功功率更加均衡的方向發展，即負載率偏差接近于零， ieQw WMr分別為權重系數，為了優化保證最小棄風，一般有嫌。在實際應用中，WP取值10. 0， wr 取值 0.01 ；
[0029] (4)設定基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的約束條件，包括：
[0030] (4-1)第i個風電場的實時有功功率、有功功率下限、棄風調整量和估計最大 有功功率之間滿足以下關系式：保證越限校正控制后風電場有功功率在其最小出力和其估 計最大出力之間。
[0031] ￡ ^ Pi'+ ^ρΓ ^ ρ!.
[0032] (4-2)第i個風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功率片、有功功率上限 7,、哭敏度Ssw和棄風調整量Apw'°之間的關系滿足下式：以保證越限校正控制后各風電場 與電網之間連接線路斷面的有功功率小于有功功率上限，其中的^主要受電網穩定約束 限制的風電場與電網之間連接線路斷面的最大有功功率，
[0033] // +Ss''ApH·0 < ρ) <
[0034] (4-3)電網中所有風電場的棄風調整量滿足以下關系式：
[0035] Σ αρ"'° -max ' - Σ (A" - ) i ieQw i^lw
[0036] 其中，Ω1*1為與電網相連的所有風電場集合，AiCL為電網可接納的風電場有功功 率，ρ:為第i個風電場的實時有功功率，￡為第i個風電場有功功率下限。總棄風調整量 小于可消納風力發電容量約束，避免由于風力發電有功功率過大，引起電網的頻率安全問
【權利要求】
1. 一種基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法，其特征在于該方法包括以 下步驟： (1)從電網的數據采集與監視控制系統中采集當前電網自動發電控制機組的實時下旋 備、風電場與電網之間的連接線路有功功率偏差，從電網調度中心獲取電網可接納的風電 場有功功率ΔρΖ,，采集與電網相連的各風電場的實時有功功率pw、有功功率下限f、估計 最大有功功率/、各風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功率Ps和有功功率上限 -S P ' (2)從電網調度中心獲取各風電場對風電場與電網之間連接線路斷面的有功功率靈敏 度 Ssw; (3)建立基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的目標函數，如下： min(W^(AK- - Σ Apn + W- [ (r'1')2) 其中：Ω1*1為與電網相連的所有風電場的集合，ΔΛ為電網可接納的風電場有功功率， △/〃為第i個風電場的棄風調整量，r,w為第i個風電場的負載偏差率，Wp、Ψ分別為權重 系數，r>r，r取值ιο· o, r取值ο. οι ； (4)設定基于最小棄風控制的電力系統風電場公平調度方法的約束條件，包括： (4-1)第i個風電場的實時有功功率、有功功率下限、棄風調整量ΔρΓ和估計最大有功 功率之間滿足以下關系式： p'；<p；'-+Apr<J：\ -1 ， (4-2)第i個風電場與電網之間連接線路斷面的實時有功功車ρ有功功率上限7、 靈敏度Ssw和棄風調整量Apw'°之間的關系滿足下式： K+ssf4; (4-3)電網中所有風電場的棄風調整量滿足以下關系式： 其中，Ω1*1為與電網相連的所有風電場集合，為電網可接納的風電場有功功率， Ρ;為第i個風電場的實時有功功率，I:為第i個風電場有功功率下限； (4-4)設定風力發電有功功率調節的方向約束，當電網可接納的風電場有功功率 ~:二>0，使~廣70 i e i e Ω^； (5)通過內點法求解上述步驟（3)和步驟⑷的二次規劃數學模型，得到風電場有功功 率調整量； (6)以上述風電場有功功率調整量對風電場進行控制，實現基于以最小棄風控制為目 標的電力系統風電場公平調度。
【文檔編號】G06Q50/06GK104050533SQ201410276490
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】鄭太一, 王彬, 孫勇, 吳文傳, 蔡宏毅, 郭慶來, 范國英, 張伯明, 楊國新, 孫宏斌, 曹政, 潘昭光 申請人:國家電網公司, 國網吉林省電力有限公司, 清華大學