考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法

摘要

本发明涉及一种考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，属于电力系统调度运行与控制技术领域。本发明提出了考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，根据断面的潮流、限额、整体新能源实时出力及新能源消纳空间计算风电场站和水电集群的控制指令，再根据同组的各个水电机组的运行状态，考虑其振动区间，将指令分配至各个水电机组。避免了风水协调有功实时控制中水电可能运行在振动区间的问题，解决了指令落入振动区水轮机拒绝执行，从而导致电网接纳能力未充分利用的问题。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统调度运行与控制技术领域，具体涉及一种考虑跨越多 段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，适用于跨越多段水电振动区的风 水有功协调实时控制。

背景技术

多能源间的协调控制目前被认为是解决“弃风、弃光”问题有效的解决方 法之一。风电、光伏等新能源电站的发电特性具有随机性和波动性特点，为了 充分利用风光电站的发电能力，必须明确各类电源的可调范围。实际运行当 中，水电的运行由于存在振动区，其运行区间实际为分段函数。

专利“考虑水电机组振动区间的清洁能源有功协调控制方法”(申请号：201910494602.X)提出了水电机组振动区间的处理方法，但是只考虑了单个水 电机组振动区，往往水电机组会有两个以上的振动区间。综合来看，已有的风 水协调技术成果没有充分考虑水电振动区间的实际约束以及基于约束的特点给 出合适的解决方法，导致水电站的指令落入振动区间后指令拒绝执行，新能源 弃风弃光严重，电网接纳能力未充分利用。因此如何克服现有技术的不足是目 前电力系统调度运行与控制技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决多个水电站指令落入振动区导致电网发电安全的 问题，提供一种考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，该方 法避免了清洁能源有功实时控制中水电可能运行在振动区间，从而导致水电站 无法按照指令执行的问题，并解决了电网安全以及对风光电资源接纳能力未充 分利用的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，对同断面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越多段水电振动 区的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型以清洁能 源出力最大化为目标；

步骤(2)，根据断面潮流和断面限额识别断面和清洁能源消纳空间的运行 状态，若限额未用满，则进入步骤(3)，若限额用满则结束本方法；

步骤(3)，松弛多段水电振动区约束进行求解风电场站控制指令和水电集 群的控制指令；

步骤(4)，根据水电集群的控制指令调节水电集群中各个水电机组的控制 指令；

步骤(5)，判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区内，若是，则调 整水电机组出力至振荡区外；

步骤(6)，对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安全校核， 若通过，则依据指令下发进行控制。

进一步，优选的是，步骤(1)中，分组的具体方法为：将所控电网的所有 断面记为集合J，对于任意的断面j，j∈J，设置有功灵敏度阈值φ，将与其关 联的水电机组，即满足取值φ的水电机组的集合记为Hj，并将关联在同一断面 的所有水电机组看作一个虚拟水电站，即一个水电集群。

进一步，优选的是，步骤(1)中，建立考虑跨越多段水电振动区的风水协 调有功协调控制模型的具体方法为：以清洁能源出力最大化为目标，并计及可 控对象的指令上下限约束、水电振动区约束、清洁能源消纳空间约束和断面安 全约束，具体如下：

1)记C为参与调节的可控对象的总数，i∈C，以参与调节的可控对象的 考虑综合系数ω

ω

2)可控对象的指令上下限约束，如式(2)；

其中，P′

3)水电振动区约束，如式(3)；

其中，P′

4)清洁能源消纳空间约束，如式(4)；

P′

5)断面安全约束，如式(5)；

其中，S

进一步，优选的是，步骤(3)中，松弛多段水电振动区约束进行求解风电 场站指令和水电集群的控制指令的具体方法为：

将考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型中的水电振动区 约束去掉后，进行求解，得到的结果作为风电场站的控制指令和水电集群的控 制指令。

进一步，优选的是，步骤(4)中，根据水电集群的控制指令调节水电集群 中各个水电机组的控制指令的具体方法为：将步骤(3)获得的水电集群的控制 指令根据各个水电机组的中长期电量执行率进行分配，具体分配方法为：

中长期剩余电量进度具体为：

其中，E

进一步，优选的是，步骤(5)中，判断各个水电机组的控制指令是否落在 振荡区内，若是，则调整水电出力至振荡区外；其具体方法为：

判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区内，若均否，则结束计算， 以计算得到的风电场站控制指令和水电机组控制指令进行下一步的电网安全校 核；

若有落在振荡区内的，对落入振荡区的场站的指令进行再分配至使全部水 电机组指令均落在其振荡区之外。

具体地，首先通过虚拟水电站的容量和出力，以及各个水电站容量和出 力，按照式(6)计算虚拟水电站的总体电量执行进度，以及各个落入振动区的 水电机组的电量执行进度，并以虚拟水电站的总体电量执行进度作为判断的阈 值；然后，判断如果剩余电量进度小于总体电量执行进度的场站，取落入振荡 区的上限；反之，取落入振荡区的下限；其次，以非落入振荡区的场站所在非 振动区间的上下限作为非落入振荡区的场站的上下限约束进行优化，调整非落 入振荡区的场站使全部水电机组指令均落在其振荡区之外；再次，以调整后最 终的风电场站控制指令和水电机组控制指令进行下一步的电网安全校核。

进一步，优选的是，步骤(6)中，对风电场站控制指令和水电机组控制指 令进行电网安全校核，若通过，则依据指令下发进行控制；其具体方法为：

依据断面的P

预先设定L

(a)安全区：断面L

(b)预警区：断面j的L

μ

orμ

T＞T

(c)紧急区：断面j的L

P

or L

T＞T

对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安全校核，若断面处在安全区，则校核结束，进行指令下发；若断面处在预警区，依据剩余电量进度因 子，以小幅度定步长向下调整剩余电量进度因子大的水电站，一般步长定为 2MW，直至校核通过，并以调整后最终的风电场站控制指令和水电机组控制指 令下发；若断面处在紧急区，以较大幅度定步长向下调整剩余电量进度因子大 的水电站，一般步长定为装机容量的25％～50％。

本发明还提供一种考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制系 统，包括：

第一处理模块，用于对同断面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越多段 水电振动区的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型 以清洁能源出力最大化为目标；

运行状态识别模块，用于根据断面潮流和断面限额识别断面和清洁能源消 纳空间的运行状态；

第二处理模块，用于松弛多段水电振动区约束进行求解风电场站控制指令 和水电集群的控制指令；

第三处理模块，用于根据水电集群的控制指令调节水电集群中各个水电机 组的控制指令；

第四处理模块，用于判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区内，若 是，则调整水电机组出力至振荡区外；

有功控制模块，用于对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安 全校核，若通过，则依据指令下发进行控制。

本发明同时提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并 可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述考虑 跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法的步骤。

本发明另外提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述考虑跨越多段水电振动区的风水 协调有功协调控制方法的步骤。

本发明建立考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型时，以 清洁能源出力最大化为目标，除计及安全稳定约束、总体调峰约束、清洁能源 独立约束等并网约束外，考虑水电机组在运行过程中存在振动区，为提高机组 的运行效率，提高机组运行的可靠性，引入水电振动区约束，建立满足上述约 束的有功协调控制模型。

本发明中，通常取φ∈(0.7,1)。本发明中n为可控对象的下标。

ω

本发明中，清洁能源消纳空间P′

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

针对多个水电站含有多个振动区间指令分配以及风光发电能力未充分利用 的问题，本发明通过对同断面的水电机组和风电场站的分布进行分组，并根据 断面的潮流、限额、整体风水实时出力及风水消纳空间计算水电集群和风电场 站分配的指令，并根据其市场电量执行率分配其出力，对落在振动区的水电机 组进行微调，并根据断面运行状态将落在预警区和紧急区的断面进行调整。本 发明通过对水电机组指令调整，避免了风水协调有功实时控制中水电可能运行 在振动区间的问题，解决了指令落入振动区水轮机拒绝执行，从而导致电网接 纳能力未充分利用的问题，降低了新能源弃风弃光率。

附图说明

图1为本发明考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法流程 图；

图2是本发明虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制系统的结构 示意图；

图3为本发明电子设备结构示意图；

图4为应用实例中风电群与水电群并网图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限 定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所 描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商 者，均为可以通过购买获得的常规产品。

考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，对同断面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越多段水电振动 区的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型以清洁能 源出力最大化为目标；

分组的具体方法为：将所控电网的所有断面记为集合J，对于任意的断面 j，j∈J，设置有功灵敏度阈值φ，将与其关联的水电机组，即满足取值φ的水 电机组的集合记为Hj，并将关联在同一断面的所有水电机组看作一个虚拟水电 站，即一个水电集群。

所述的考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型，以清洁能 源出力最大化为目标，除计及安全稳定约束、总体调峰约束、清洁能源独立约 束等并网约束外，考虑水电机组在运行过程中存在振动区，为提高机组的运行 效率，提高机组运行的可靠性，引入水电振动区约束，建立满足上述约束的有 功优化控制模型，具体如下：

1)记C为参与调节的可控对象的总数，i∈C，以参与调节的可控对象的 考虑综合系数ω

ω

2)可控对象的指令上下限约束，如式(2)；

其中，P′

3)水电振动区约束，如式(3)；

其中，P′

4)清洁能源消纳空间约束，如式(4)；

P′

5)断面安全约束，如式(5)；

其中，S

步骤(2)，根据断面潮流和断面限额识别断面和清洁能源消纳空间的运行状 态，若限额未用满，则进入步骤(3)，若限额用满则结束本方法；

步骤(3)，松弛多段水电振动区约束进行求解风电场站控制指令和水电集 群的控制指令；

其具体方法为：

将考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型中的水电振动区 约束去掉后，进行求解，得到的结果作为风电场站的控制指令和水电集群的控 制指令。

步骤(4)，根据水电集群的控制指令调节水电集群中各个水电机组的控制 指令；

其具体方法为：将步骤(3)获得的水电集群的控制指令根据各个水电机组 的中长期电量执行率进行分配，具体分配方法为：

中长期剩余电量进度具体为：

其中，E

步骤(5)，判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区内，若是，则调 整水电机组出力至振荡区外；

其具体方法为：

判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区内，若均否，则结束计算， 以计算得到的风电场站控制指令和水电机组控制指令进行下一步的电网安全校 核；

若有落在振荡区内的，为保证参与市场交易的水电站的执行率，对落入振 荡区的场站的指令进行再分配至使全部水电机组指令均落在其振荡区之外。

具体地，首先通过虚拟水电站的容量和出力，以及各个水电站容量和出 力，按照式(6)计算虚拟水电站的总体电量执行进度，以及各个落入振动区的 水电机组的电量执行进度，并以虚拟水电站的总体电量执行进度作为判断的阈 值；然后，判断如果剩余电量进度小于总体电量执行进度的场站，取落入振荡 区的上限；反之，取落入振荡区的下限；其次，以非落入振荡区的场站所在非 振动区间的上下限作为非落入振荡区的场站的上下限约束进行优化，调整非落 入振荡区的场站使全部水电机组指令均落在其振荡区之外；再次，以调整后最 终的风电场站控制指令和水电机组控制指令进行下一步的电网安全校核。

步骤(6)，对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安全校核， 若通过，则依据指令下发进行控制。

其具体方法为：

依据断面的P

预先设定L

(a)安全区：断面L

(b)预警区：断面j的L

μ

orμ

T＞T

(c)紧急区：断面j的L

P

or L

T＞T

对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安全校核，若断面处在安全区，则校核结束，进行指令下发；若断面处在预警区，依据剩余电量进度因 子，以小幅度定步长向下调整剩余电量进度因子大的水电站，一般步长定为 2MW，直至校核通过，并以调整后最终的风电场站控制指令和水电机组控制指 令下发；若断面处在紧急区，以较大幅度定步长向下调整剩余电量进度因子大 的水电站，一般步长定为装机容量的25％～50％。

如图2所示，基于在线动态限额调整的风水协调有功实时控制系统包括：

第一处理模块101，用于对同断面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越 多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制 模型以清洁能源出力最大化为目标；

运行状态识别模块102，用于根据断面潮流和断面限额识别断面和清洁能 源消纳空间的运行状态；

第二处理模块103，用于松弛多段水电振动区约束进行求解风电场站控制 指令和水电集群的控制指令；

第三处理模块104，用于根据水电集群的控制指令调节水电集群中各个水 电机组的控制指令；

第四处理模块105，用于判断各个水电机组的控制指令是否落在振荡区 内，若是，则调整水电机组出力至振荡区外；

有功控制模块106，用于对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电 网安全校核，若通过，则依据指令下发进行控制。

本发明实施例提供的考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制系 统，该系统避免了清洁能源有功实时控制中水电可能运行在振动区间，从而导 致水电站无法按照指令执行的问题，并解决了电网安全以及对风光电资源接纳 能力未充分利用的问题。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详 细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

图3为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图3，该电子设备 可以包括：处理器(processor)201、通信接口(Communications Interface)202、存储器(memory)203和通信总线204，其中，处理器201， 通信接口202，存储器203通过通信总线204完成相互间的通信。处理器201 可以调用存储器203中的逻辑指令，以执行如下方法：对同断面的水电机组进 行分组，并建立考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型以清洁能源出力最大化为目标；根据断面潮流和 断面限额识别断面和清洁能源消纳空间的运行状态；松弛多段水电振动区约束 进行求解风电场站控制指令和水电集群的控制指令；根据水电集群的控制指令 调节水电集群中各个水电机组的控制指令；判断各个水电机组的控制指令是否 落在振荡区内，若是，则调整水电机组出力至振荡区外；对风电场站控制指令 和水电机组控制指令进行电网安全校核，若通过，则依据指令下发进行控制。

此外，上述的存储器203中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现 并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。 基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分 或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存 储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计 算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部 分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存 储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供 的考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法，例如包括：对同断 面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调 控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型以清洁能源出力最大化为目标； 根据断面潮流和断面限额识别断面和清洁能源消纳空间的运行状态；松弛多段 水电振动区约束进行求解风电场站控制指令和水电集群的控制指令；根据水电 集群的控制指令调节水电集群中各个水电机组的控制指令；判断各个水电机组 的控制指令是否落在振荡区内，若是，则调整水电机组出力至振荡区外；对风电场站控制指令和水电机组控制指令进行电网安全校核，若通过，则依据指令 下发进行控制。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离 部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可 以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施 例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以 理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施 方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。 基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以 以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介 质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例 的某些部分所述的方法。

应用实例

为了体现考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制方法的具体效 果，对本方法的实现用下例进行说明：

图4中，对同断面的水电机组进行分组，并建立考虑跨越多段水电振动区 的风水协调有功协调控制模型；所述的风水协调有功协调控制模型以清洁能源 出力最大化为目标；

分组的具体方法为：对于断面D，将关联在断面D的水电站1、水电站2 水电站3聚合为一个虚拟水电站，记为水电集群1。

所述的考虑跨越多段水电振动区的风水协调有功协调控制模型，以清洁能 源出力最大化为目标，除计及安全稳定约束、总体调峰约束、清洁能源独立约 束等并网约束外，考虑水电机组在运行过程中存在振动区，为提高机组的运行 效率，提高机组运行的可靠性，引入水电振动区约束，建立满足上述约束的有 功优化控制模型，具体如下：

1)记C为参与调节的可控对象的总数，i∈C，以参与调节的可控对象的 考虑综合系数ω

ω

2)可控对象的指令上下限约束，如式(2)；

其中，P′

3)水电振动区约束，如式(3)；

其中，P′

4)清洁能源消纳空间约束，如式(4)；

P′

5)断面安全约束，如式(5)；

其中，S

此时，若水电站1、2、3容量均为100MW，水电站1的振荡区间为 [30MW，40MW]∪[70MW，90MW]，水电站2的振荡区间为[20MW，30MW] ∪[55MW，70MW]，水电站3的振荡区间为[10MW，15MW]∪[35MW，45MW]，采用线性规划算法求解得出水电集群1中的指令为160MW，此时的 水电站1的ω值为0.8，水电站2的ω值为0.4，水电站3的ω值为0.4，松弛 振动区约束后求解得到水电站1的有功值P

一般水电采用跟计划形式或者利用AGC指令控制，通过试探方法来确定水电功 率以避开其振荡区，无法得出最优化解。本方法采用优化算法求解的方式以可 控对象发电指令和最大化为目标，兼顾水电机组的振动区间，并得出最优解， 满足可靠性和安全性要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。