一种风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法

摘要

本发明提出的风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法依据风电场与电网连接线路断面的有功功率实时值和上限值的偏差确定需要越限校正的断面集合，然后结合各风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的有功功率灵敏度，以及风电场有功功率调节能力约束和电网安全约束，构造二次规划模型，消除断面越限并兼顾各风电场间的公平调度。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功功率控制主站系统中，使该系统能够实时根据风力发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，保证风电场与电网连接线路断面的有功功率安全，并兼顾各风电场间的公平调度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，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

风资源的强随机性、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，最大程度利用风力发电资源，尽可能多地消纳风力发电已经成 为目前各个风力发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对风力发电接入 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风力发电调度实时控制，对保障电 网安全，减少弃风损失可以起到显著作用。

目前，工程现场主要采用启发式方法对风电场与电网连接线路断面有功功率进行控 制，即当风电场与电网连接线路断面的有功功率越限时，运行人员凭借运行经验采取控制 策略以解除连接线路断面有功功率的越限。这种方法依赖于运行人员的经验，难以准确快 速地解除断面有功功率的越限，也难以同时兼顾线路断面安全与风电场运行的经济性。

发明内容

本发明的目的是提出一种风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，克服 现有技术的不足之处，以适应目前风力发电的快速波动化以及风电场与电网连接线路断面 安全的控制需求。

本发明提出的风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，包括以下步骤：

(1)设需要监视的风电场与电网连接线路断面的集合为Ω^s，计算风电场第i个断面 的实时有功功率为：

$p_i^s=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_{i,j}^{\mathrm{line}}$

其中，为属于断面i的第j条输电线路的有功功率；

(2)设上述连接线路断面集合Ω^s中有功功率越限的断面集合为Ω^s,v：

其中，为风电场与电网连接线路断面i的有功功率上限；

(3)若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v为空，则将各风电场的有功功率调整量设 置为0，并进行步骤(7)，若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v非空，则进行步骤(4)；

(4)建立如下风电场与电网连接线路断面越限校正控制目标函数：

$\underset{{\mathrm{\Delta p}}_k^{w,c}}{\min }(W^c·\underset{k\in {\Omega }^{s,v}}{\Sigma }{(p_k^s+{\mathrm{\Delta p}}_k^{s,c}+{ϵ}^s-{\bar{p}}_k^s)}^2+W^r·\underset{i\in {\Omega }^w}{\Sigma }{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^s,v为有功功率越限的断面集合，ε^s为设定的风电场与电网连接线路断面的控 制死区，取值为1兆瓦，一般由人工设定，Ω^w为与电网相连接的受控风电场集合，为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的越限校正调节量，分别为有功功率 越限的断面集合中的第k个断面的实时有功功率和有功功率上限，其中由电网调度中 心给出，r_i^w为第i个风电场的负载偏差率，W^c、W^r分别为权重系数，W^c取值为10.0， W^r取值为0.01；

(5)设置风电场与电网连接线路断面越限校正控制的约束条件，包括：

(5-1)风电场有功功率校正量Δp^w,c与风电场和电网连接线路断面的有功功率变化量 Δp^s,c的关系满足下式：

Δp^s,c＝S^sw·Δp^w,c

其中，S^sw表示风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的有功功率灵敏度矩 阵，从电网调度中心获取；

(5-2)设定风电场有功功率调节方向约束为：

${\mathrm{\Delta p}}_i^{w,c}=\left(\begin{array}{c}\le 0,S_i^{\mathrm{sw}}\ne 0\\ =0,S_i^{\mathrm{sw}}=0\end{array}\right)$

其中，为上述有功功率灵敏度矩阵S^sw中的第i个风电场的有功功率变化对 有功功率越限断面的有功灵敏度；

(5-3)风电场有功功率约束：

${\underset{‾}{p}}_i^w\le p_i^w+{\mathrm{\Delta p}}_i^{w,c}\le {\bar{p}}_i^w$

其中，分别为第i个风电场的实时有功功率、有功功率下限和估计最 大有功功率；

(6)通过内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)构造的二次规划数学模型，得到风 电场的有功功率调整量

(7)根据上述有功功率调整量，对风电场的有功功率进行调整，实现风电场与电网 连接线路断面有功功率越限的控制。

本发明提出的风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，其特点和效果 是，本方法依据风电场与电网连接线路断面的有功功率实时值和上限值的偏差确定需要 越限校正的断面集合，然后结合各风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的有功 灵敏度，以及风电场有功功率调节能力约束和电网安全约束，构造二次规划模型，消除 断面越限并兼顾各风电场间的公平调度。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功 功率控制主站系统中，使该系统能够实时根据风力发电运行状态和电网运行状态，实施 最适宜的控制策略，保证风电场与电网连接线路断面的有功功率安全，并兼顾各风电场 间的公平调度。

具体实施方式

本发明提出的风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，包括以下步骤：

(1)风电场与电网连接线路断面一般由若干条输电线路组成，设需要监视的风电场 与电网连接线路断面的集合为Ω^s，计算风电场第i个断面的实时有功功率为：

$p_i^s=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_{i,j}^{\mathrm{line}}$

其中，为属于断面i的第j条输电线路的有功功率；

(2)设上述连接线路断面集合Ω^s中有功功率越限的断面集合为Ω^s,v：

其中，为风电场与电网连接线路断面i的有功功率上限，由电网调度中心给出；

(3)若上述有功功率越限的断面集合Ω^s,v为空，代表当前风电场与电网连接线路断 面中无越限断面，则将各风电场的有功功率调整量设置为0，并进行步骤(7)，若上述有 功功率越限的断面集合Ω^s,v非空，则进行步骤(4)；

(4)建立如下风电场与电网连接线路断面越限校正控制目标函数：

$\underset{{\mathrm{\Delta p}}_k^{w,c}}{\min }(W^c·\underset{k\in {\Omega }^{s,v}}{\Sigma }{(p_k^s+{\mathrm{\Delta p}}_k^{s,c}+{ϵ}^s-{\bar{p}}_k^s)}^2+W^r·\underset{i\in {\Omega }^w}{\Sigma }{\left({r_i}^w\right)}^2)$

其中：Ω^s,v为有功功率越限的断面集合，ε^s为设定的风电场与电网连接线路断面的控 制死区，取值为1兆瓦，一般由人工设定，Ω^w为与电网相连接的受控风电场集合，为有功功率越限的断面集合中的第k个断面的越限校正调节量，分别为有功功率 越限的断面集合中的第k个断面的实时有功功率和有功功率上限，其中由电网调度中 心给出，满足电网安全稳定需要，r_i^w为第i个风电场的负载偏差率，用于表征各风电场 的负载率与平均负载率的偏差，W^c、W^r分别为权重系数，一般有W^c>W^r，在实际应 用中，W^c取值为10.0，W^r取值为0.01；

(5)设置风电场与电网连接线路断面越限校正控制的约束条件，包括：

(5-1)风电场有功功率校正量Δp^w,c与风电场和电网连接线路断面的有功功率变化量 Δp^s,c的关系满足下式：

Δp^s,c＝S^sw·Δp^w,c

其中，S^sw表示风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的有功功率灵敏度矩 阵，从电网调度中心获取；

(5-2)风电场有功功率对风电场与电网连接线路断面的灵敏度一般为正或者为近似 于零。为了避免对越限断面影响很小的风电场参与有功功率调整，同时避免出现增加风电 场有功功率出力的与校正方向相反的控制指令，设定风电场有功功率调节方向约束为：

${\mathrm{\Delta p}}_i^{w,c}=\left(\begin{array}{c}\le 0,S_i^{\mathrm{sw}}\ne 0\\ =0,S_i^{\mathrm{sw}}=0\end{array}\right)$

其中，为上述有功功率灵敏度矩阵S^sw中的第i个风电场的有功功率变化对 有功功率越限断面的有功功率灵敏度；

(5-3)风电场有功功率约束：

${\underset{‾}{p}}_i^w\le p_i^w+{\mathrm{\Delta p}}_i^{w,c}\le {\bar{p}}_i^w$

其中，分别为第i个风电场的实时有功功率、有功功率下限和估计最 大有功功率，其中的有功功率下限和估计最大有功功率由电网调度中心给出；

(6)通过内点法求解上述步骤(4)和步骤(5)构造的二次规划数学模型，得到以 消除风电场与电网连接线路断面越限为目标的风电场的有功功率调整量

(7)根据上述有功功率调整量，对风电场的有功功率进行调整，实现风电场与电网 连接线路断面有功功率越限的控制。

本发明提出的风电场与电网连接线路断面有功功率越限的控制方法，其中涉及的风电 场负载偏差率r_i^w，用于表征各风电场的负载率与平均负载率的偏差，满足如下关系：

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

其中为风电场平均负载率，是为了充分调动各风电场跟踪控制中心调度指令的积 极性而引入风电场，并作为风力发电公平调度的依据，满足如下关系：

$\overline{r^w}=\frac{\underset{i\in {\Omega }^w}{\Sigma }{p}_i^w}{\underset{i\in {\Omega }^w}{\Sigma }(c_i^w·{\bar{p}}_i^w)}$

其中，Ω^w为所有的受控风电场集合，为风电场上送的第i个风电场的最大出力预 测值。c^w为风电场考核打分指标，用于定量描述风电场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。