适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制方法

摘要

本发明公开了一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制方法，(1)实时调度与AGC的协调配合方法；(2)实时调度与AGC指令“反调”的协调控制方法：通过判断系统频率、调节方向和调节容量三个因素，确定实时调度与AGC“反调”情况发生，以调度计划闭锁方式应对“反调”带来的调频困难和资源浪费；(3)实时调度与AGC调节容量过渡互转的协调控制方法：AGC有功调节过程结束后，实时调度进行出力调整以恢复AGC机组的最大调节容量。本发明充分利用电网内调节资源，优化网内资源调节方式，保证调度和控制指令实时反映电网的有功功率调节需求，因而提高了电网抵御光伏并网有功扰动的动态调节能力，进一步发挥了实时调度与AGC协调控制的潜能。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，具体涉及一种适应大规模光伏并 网后实时调度与AGC的协调控制方法。

背景技术

光伏发电具有波动性、间歇性和“正调峰”的特性，同时光伏不 同于常规能源的调频、调压和备用特性，影响了电网安全稳定和运行 的经济性。目前国内进行大规模光伏发电基地的规划建设，包括宁夏、 甘肃、青海、新疆等多个省份进行大规模光伏的集中开发利用，采取 大规模集中开发、集中式并网的方式，从而引起部分区域电网间歇性 能源渗透率显著增加，在光伏出力顶峰时段网内机组深度调峰引起电 网调峰调频备用不足，从而对电网消纳光伏等新能源提出了更高的要 求。同时电网在“优先调度和全额保障性收购”新能源的背景下，国 内积极探索通过扩大电力电量平衡范围和提高资源调用的灵活性等 方式解决大规模光伏并网困境。

目前国内对大规模光伏并网后电网有功调度和控制的研究较少， 由于光伏同风电同属新能源重要组成部分，从网侧考虑两者具有相同 的特性，对电网的影响较为相似，目前对大规模风电并网后调度和控 制策略研究有助于大规模光伏并网后的研究。电网通过日前和日内发 电计划、实时发电计划(实时调度)和自动发电控制(AGC)三个层 次对新能源引入的扰动进行逐级消纳，一定程度上充分利用了现有的 风电、光伏功率预测信息，将风电、光伏出力波动可预知部分进行调 节，在减少网内AGC调节备用，以及提升AGC调频效果上起到了一定 作用。然而，目前实时调度(实时发电计划)利用超短期风电、光伏 功率预测和超短期负荷预测数据进行发电计划修正，超短期较短期风 电、光伏功率预测精度一定程度上有所提升，但是误差仍在10％左右， 风电、光伏功率预测和负荷预测的不确定性，影响了电网实时调度与 实际电网有功需求的贴合度，造成实时调度机组或者实时调度指令不 能有效反映电网的实际有功调节需求，甚至造成实时调度与AGC调节 指令反向的问题。同时，大规模新能源并网后AGC承担了较大比重的 有功不平衡量调节，AGC调控压力增加，易出现调节容量不足的情况， 有必要利用实时调度为AGC预留调节区间，以使AGC调节容量恢复。

文献一《大规模光伏电站控制策略对孤立电网稳定性的影响》(电 网技术2009年第33卷第15期第20页)通过建立光伏电站模型， 分析了利用电流源建模下，大规模光伏电源并网将影响电网的稳定 性，提出了利用附加电压和频率的光伏逆变器控制系统以使光伏电站 同时具备有功和无功调节能力，从而保障该孤立电网的稳定性。

文献一提出的大规模光伏电站控制策略，是基于厂站端有功出力 调节系统改进以使光伏电站出力反映电网的频率调节需求，适用于孤 网系统研究。现阶段大规模光伏并网接入互联电网，从电网运行经济 性和节能减排角度考虑，是以调节常规能源机组为主，强调常规能源 与新能源出力的互补协调，通过常规能源机组调节以最大化消纳可再 生能源。文章的观点不适合于现阶段大规模光伏并网后电网有功调度 和控制研究。

文献二《适应大规模风电接入的互联电网有功调度与控制方案》 (电力系统自动化2010年第34卷第17期第41页)提出了含风电场 控制的区域电网有功调度框架，以及适应风电大规模接入的区域电网 集中控制模式，并结合我国现有的多级调度体制，提出了分级协调控 制模式，作为向集中控制模式的一种过渡。文章提出的控制模式主要 为我国互联电网消纳大规模风电所服务，着重探讨的是在现有的电网 调度体系架构下，通过网省调协调，充分利用网省调的各类调节资源， 将风电波动引发的冲击在全网范围内进行消纳。

文献二提出的含风电场控制的区域电网有功调度框架，根据风电 功率预测制定风电场发电计划，风电场出力以“发电计划跟踪”为 主，风电机组“直接参与调频”为辅的控制原则。控制模式集中在主 站侧对系统可控资源的调用方式。提出通过大区电网互联、资源统一 调用、分级协调控制的方式来消纳风电资源。

文献三《一种计及电网安全约束的风电优化调度方法》(电力系 统自动化2010年第34卷第15期第71页)提出了一种根据风电功率 预测、电网负荷预测和省间联络线计划，计及电网安全稳定等约束条 件，制定风电场出力计划的优化调度方法。文章提出的方法主要为网 省调度机构协调优化安排常规能源机组，预留风电出力空间保证风电 场有功出力在安全区域内稳定运行，为电网最大程度的接纳风电创造 条件。

文献三提出的风电优化调度方法，通过合理安排日前计划做到系 统运行经济性和风电最大程度接入的平衡，根据电网断面、调峰、调 频、调压约束条件，由风电场有功出力限值和功率变化率限值，得到 风电场有功安全区域曲线，风电场跟踪安全区域曲线，从而保证风电 接入后电网安全稳定运行。

文献四《消纳大规模风电的多时间尺度协调的有功调度系统设 计》(电力系统自动化2011年第35卷第1期第1页)提出了进行偏 差量逐级修正的“多级协调，逐级细化”调度模式，把控制分解为日 前计划、滚动计划、实时调度计划和AGC四个阶段，以及建立弃风最 小的有功调度模型，通过实时调度与发电计划的协调，以及实时调度 与AGC的协调对风电消纳。文章提出的调度模式，重点研究了多时间 尺度的调度和控制对风电的有功扰动进行调节，通过风电公功率预测 偏差修正，减小运行不确定因素影响。

文献四提出的调度模式在时间维度上分解为秒级、5～15分钟级、 30～60分钟级、日级等，日前计划执行最优控制，滚动计划和实时调 度滚动修正预测的偏移量。实时调度与日前计划和AGC协调，主要考 虑误差修正和AGC调节容量恢复。未对电网实际运行工况下，实时调 度与AGC协调控制方式、指令“反调”等内容作详细的描述。

发明内容

本发明第一个目的是：考虑到实时发电计划制定基于光伏功率预 测信息，预测的不确定性引起计划与电网运行有功需求存在偏离，电 网AGC参与电网调频和区域控制偏差ACE(Area Control Error)调 节，保证电网频率合格和联络线功率跟踪计划值，在电网复杂工况下， 不可避免出现实时调度与AGC调节方向反向，即指令“反调”的发生， 提出解决指令“反调”的实时调度与AGC协调控制方法，减小光伏功 率预测偏差对电网控制的影响，减小调节资源浪费；

本发明第二个目的是：针对大规模新能源并网后AGC承担了较大 的有功不平衡量的调节比重，有功调节压力增加，为充分发挥AGC调 节能力，将AGC机组承担的扰动调节量，逐渐过渡到实时调度机组， 实时调度与AGC协调控制充分利用系统内的有效调节资源，保证光伏 资源消纳过程的安全、可靠和经济。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制方法，其 特征在于：包括下列步骤：

(1)、实时调度与AGC的协调配合方法：实时调度采取计划值下 发或直接下发遥调指令的方式与AGC的协调配合；

(2)、实时调度与AGC指令“反调”的协调控制方法：通过判断 系统频率、调节方向和调节容量三个因素，确定实时调度与AGC“反 调”情况发生，以调度计划闭锁方式，以应对“反调”带来的调频困 难和资源浪费；

(3)、实时调度与AGC调节容量过渡互转的协调控制方法：AGC 有功调节过程结束后，实时调度进行出力调整以恢复AGC机组的最大 调节容量，实时调度为AGC预留调节区间，在扰动调整结束后，将 AGC承担的不平衡量调节容量逐步过渡到实时调度机组。

前述的一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制 方法，其特征在于：步骤(1)中，实时调度与AGC之间的协调配合方 法，可以通过以下三种方式实现：

1)、实时发电计划单独下发，抽调部分AGC机组作为实时调度机 组执行实时发电计划，其余AGC机组仍执行AGC控制指令；

2)、AGC机组基点功率P_B和调节功率P_R，AGC机组基点功率P_B作 为实时发电计划，AGC机组调节功率P_R作为控制指令，叠加得到机组 功率设定值，AGC调节范围在基点功率P_B相邻区间范围内，机组在ACE 调节结束后，机组出力回归基点功率P_B；

3)、比较动态分配优先级，结合实时发电计划的调节过程动态分 解，进行分组排序，低于计划值的机组优先上调，高于计划值的机组 优先下调。

前述的一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制 方法，其特征在于：步骤(2)中，实时调度与AGC指令“反调”的协 调控制方法：AGC直接反映了系统的实时运行状态，属于滞后控制环 节，AGC控制的优先级高于实时调度，在协调控制中不可以干涉AGC 控制环节，需要对系统实时调度进行调整，进行实时发电计划修正必 须满足以下三个条件：

1)、在系统频率恢复过程中，以区别于电网正常调度与控制；

2)、实时调度与AGC调节方向相反，作为实时调度与AGC之间“反 调”标志；

3)、实时调度与AGC的调节幅度，实时调度调节幅度高于设定门 槛值时执行闭锁操作，

在满足上述三个条件的前提下，实时调度对实时发电计划执行闭 锁操作，维持实时调度指令在闭锁前状态，保证电网AGC调频的正常 工作。

前述的一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制 方法，其特征在于：步骤(3)中，实时调度与AGC调节容量过渡互转 的协调控制方法：AGC与实时调度分别承担不同时间尺度下的有功不 平衡量的调节，实时调度调节量为AGC预留调节容量恢复空间，从而 实现实时调度与AGC有功调节量过渡互转。

前述的一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制 方法，其特征在于：实时发电计划闭锁解除条件是，AGC进入动作死 区时，实时调度对实时发电计划恢复，按照一定爬坡率跟踪到原有的 实时发电计划运行点。

前述的一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制 方法，其特征在于：步骤(3)中，实时调度与AGC调节容量过渡互转 的协调控制方法：在有功扰动调整过程结束后，实时调度为AGC预留 调节空间，使AGC机组运行点复归到出力调节区间中点，保证电网 AGC充足可调容量应对光伏功率波动，

n台实时调度调节容量如下：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta P_{\mathrm{Gj}}=\Delta P_L+\Delta P_T-\Delta P_{\mathrm{WG}}-\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\Delta P_{\mathrm{Gi}}---\left(1\right)$

式中ΔP_L为超短期与短期负荷预测偏差；ΔP_T为联络线交换功率

与计划值偏差量；ΔP_WG为超短期与短期光伏功率预测偏差量； 为系统中m台机非实时调度机组在运行中调整量；

非实时调度机组运行中的调整量，其中包括AGC机组在调频过程 中的有功调整量，扰动过程中AGC的调节功率逐步释放并转移到实时 调度机组中，AGC机组运行点回归调节区间中点所需的调整容量为：

$\Delta P_{\mathrm{Gi}}=P_{\mathrm{Gi}}-\frac{(P_{\mathrm{Gi},\max }+P_{\mathrm{Gi},\min })}{2}---\left(2\right)$

式中P_Gi为机组运行点；P_Gi，max为AGC机组调节上限；P_Gi，min为AGC 机组调节下限；

通过(2)式附加AGC机组的调整容量，从而保证了实时调度为 AGC预留调节空间，实现通过实时调度来调节系统不平衡量的目的。

本发明的有益效果是：本发明充分利用电网内调节资源，优化网 内资源调节方式，保证调度和控制指令实时反映电网的有功功率调节 需求，因而提高了电网抵御光伏并网有功扰动的动态调节能力，进一 步有效发挥了实时调度与AGC协调控制的潜能。

具体实施方式

一种适应大规模光伏并网后实时调度与AGC的协调控制方法，其 特征在于：包括下列步骤：

(1)、实时调度与AGC的协调配合方法：实时调度采取计划值下 发或直接下发遥调指令的方式不同于AGC远程控制指令下发，实时调 度与AGC之间的协调配合方式，可以通过以下三种方式实现。

1)、实时发电计划单独下发，抽调部分AGC机组作为实时调度机 组执行实时发电计划，其余AGC机组仍执行AGC控制指令；

2)、AGC机组基点功率P_B和调节功率P_R，AGC机组基点功率P_B作 为实时发电计划，AGC机组调节功率P_R作为控制指令，叠加得到机组 功率设定值，AGC调节范围在基点功率P_B相邻区间范围内，机组在ACE 调节结束后，机组出力回归基点功率P_B；

3)、比较动态分配优先级，结合实时发电计划的调节过程动态分 解，进行分组排序，低于计划值的机组优先上调，高于计划值的机组 优先下调。

(2)、实时调度与AGC指令“反调”的协调控制方法：AGC直接 反映了系统的实时运行状态，属于滞后控制环节，AGC控制的优先级 高于实时调度，在协调控制中不可以干涉AGC控制环节，需要对系统 实时调度进行调整，进行实时发电计划修正必须满足以下三个条件：

1)、在系统频率恢复过程中，以区别于电网正常调度与控制；

2)、实时调度与AGC调节方向相反，作为实时调度与AGC之间“反 调”标志；

3、实时调度与AGC的调节幅度，实时调度调节幅度高于设定门 槛值时执行计划闭锁。

在满足上述三个条件的前提下，实时调度对实时发电计划执行闭 锁操作，维持实时调度指令在闭锁前状态，保证电网AGC调频的正常 工作。实时发电计划闭锁解除条件是，AGC进入动作死区时，实时调 度对实时发电计划恢复，按照一定爬坡率跟踪到原有的实时发电计划 运行点。

(3)、实时调度与AGC调节容量过渡互转的协调控制方法：

在有功扰动调整过程结束后，实时调度为AGC预留调节空间，使 AGC机组运行点复归到出力调节区间中点，保证电网AGC充足可调容 量应对光伏功率波动。

n台实时调度调节容量如下：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta P_{\mathrm{Gi}}=\Delta P_L+\Delta P_T-\Delta P_{\mathrm{WG}}-\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\Delta P_{\mathrm{Gi}}---\left(1\right)$

式中ΔP_L为超短期与短期负荷预测偏差；ΔP_T为联络线交换功率 与计划值偏差量；ΔP_WG为超短期与短期光伏功率预测偏差量；为系统中m台机非实时调度机组在运行中调整量。

非实时调度机组运行中的调整量，其中包括AGC机组在调频过程 中的有功调整量，扰动过程中AGC的调节功率逐步释放并转移到实时 调度机组中。AGC机组运行点回归调节区间中点所需的调整容量为：

$\Delta P_{\mathrm{Gi}}=P_{\mathrm{Gi}}-\frac{(P_{\mathrm{Gi},\max }+P_{\mathrm{Gi},\min })}{2}---\left(2\right)$

式中P_Gi为机组运行点；P_Gi，max为AGC机组调节上限；P_Gi，min为AGC 机组调节下限。

通过上式附加AGC机组的调整容量，从而保证了实时调度为AGC 预留调节空间，实现通过实时调度来调节系统不平衡量的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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。