一种基于主动分配指标的风电源网协调控制方法及系统

摘要

本发明公开基于主动分配指标的风电源网协调控制方法及系统，配电主站管理系统与风电源网协调控制器连接，风电源网协调控制器与风电源网协调系统和风电机组连接，配电主站管理系统对配电网进行全局优化计算；风电源网协调控制器接收总目标功率值，记录每台风电机组并网时的最大爬坡率和当前时刻的发出功率；建立单台风电机组输出功率约束条件表达式；建立主动分配时间指标表达式；根据主动分配时间指标表达式建立主动分配功率指标表达式；根据主动分配时间指标表达式和主动分配功率指标表达式对总目标功率值进行分配；将主动分配功率指标发送给单台风电机组；解决了风电源网协调控制不能很好的对调节时间进行控制，响应速度较慢等技术问题。

说明书

技术领域

本发明属于智能电网领域对于多台风电机组协调控制技术，尤其涉及一种基于主动分配指标的风电源网协调控制方法及系统。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，由于其蕴含量巨大，越来越受到人们的重视。但是风能是一种间歇式能源，产生的电能有较大的波动性，因此人们对其研究主要是稳定输出功率波动以及稳定电压波动。随着电力电子技术的发展，目前风电装置已经较好的解决了这两方面的问题，并且可以通过弃风和増风，调节风电的输出功率，成为可控的发电装置。

但是风电的并网运行还存在很多问题。对于容量较小的风电机组，可以通过安装储能装置，存储剩余的电能，方便调度与使用。但是对于多台大容量风电机组来说，储能装置成本太高，只能通过交-直-交变换直接并网，这就需要电网有一定的消纳能力。

目前，间歇式能源消纳技术正逐步成熟，通过改变运行方式、协调控制可控装置等方法，可以有效的消纳间歇式能源。通过主站进行全局优化后，为可控装置传送目标值。

但是对于风电，其输出功率从当前值变化到目标值是需要一定时间的，即存在爬坡率。目前的控制模式都没有考虑这一点，因此目标值下发之后会经过很长时间的等待，才能达到优化目标。而且风电并网后，有功功率变化应该满足电力系统安全稳定运行要求，其限制应根据所接入电力系统的频率调节特性，由电力系统调度部门确定。风电的有功功率变化包络1min有功功率变化和10min有功功率变化。其具体要求可见表。

当前的风电源网协调控制不能很好的对调节时间进行控制，响应速度较慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种基于主动分配指标的风电源网协调控制方法及系统，以解决现有技术的风电源网协调控制不能很好的对调节时间进行控制，响应速度较慢等技术问题。

本发明技术方案：

一种基于主动分配指标的风电源网协调控制系统，它包括：配电主站管理系统和风电机组，配电主站管理系统与风电源网协调控制器连接，风电源网协调控制器与风电源网协调系统和风电机组连接。

一种基于主动分配指标的风电源网协调控制系统的控制方法，它包括：

步骤1、通过配电主站管理系统对配电网进行全局优化计算，对风电源网协调控制器发送全局优化后总体所要达到的总目标功率值；

步骤2、风电源网协调控制器接收总目标功率值，同时记录每台风电机组并网时的最大爬坡率，以及每台风电机组当前时刻的发出功率；

步骤3、建立单台风电机组输出功率约束条件表达式；

步骤4、建立主动分配时间指标表达式；

步骤5、根据主动分配时间指标表达式建立主动分配功率指标表达式；

步骤6、根据主动分配时间指标表达式和主动分配功率指标表达式对总目标功率值进行分配；

步骤7、将主动分配功率指标发送给单台风电机组。

步骤3所述的单台风电机组输出功率约束条件表达式为：

式中：为第i台风电机组要达到的输出功率，式中：为第i台风电机组要达到的输出功率，为第i台风电机组的最大出力，为第i台风电机组运行的时间步长。

步骤4所述主动分配时间指标表达式为：

式中：表示调节前后总目标功率值的差值大小；表示第j台输出功率已达到最大值的风电机组；，表示所有风电机组；表示达到输出功率最大值的风电机组总和。

步骤5所述的主动分配功率指标表达式为：

式中：为所有风电机组中除去输出功率已经达到最大值的第j台风电机组后，第i台风电机组的实际爬坡率，为第i台风电机组的实际爬坡率，为第j台风电机组的实际爬坡率。

本发明的有益效果：

本发明基于主动分配指标的风电源网协调控制系统及方法，其中所述风电源网协调系统是基于主动分配指标包括主动分配时间指标和主动分配功率指标的主动分配算法，通过对全局优化后风电机组总的目标功率值进行分配，使风电机组整体最快达到总目标功率值，提高配电系统经济性和可靠性。

总的来说，本发明提出的基于主动分配的风电源网协调控制方法，风电源网协调控制器接收全局优化后的风电机组总的目标功率值，通过主动分配算法将总目标功率值分配给单台风电机组，优化协调控制时间，使风电机组在源网协调控制器的控制下，整体最快达到目标值。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明基于接收的总目标功率值，保证了风电机组在全局中可以被优化控制。

2、本发明基于主动分配指标，风电源网协调控制器可以协调控制每台发电机组，使整体达到总目标功率值的时间最优。

3、本发明提出主动分配时间指标和主动分配功率指标，将整体可以达到的最优时间和相应的分配功率量化，可以在协调控制中应用。

本发明解决了现有技术中风电源网协调控制不能很好的对调节时间进行控制，响应速度较慢等技术问题。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

一种基于主动分配指标的风电源网协调控制系统，它包括：配电主站管理系统和风电机组，配电主站管理系统与风电源网协调控制器连接，风电源网协调控制器与风电源网协调系统和风电机组连接。

配电主站管理系统1，用于对配电网进行全局优化计算，进行最优调度、运行方式优化等协调控制。

风电源网协调控制器2，用于接收经过全局优化后风电机组总目标功率值，经过主动分配计算后，将目标值再发送给单台风电机组，调节其出力大小。

风电源网协调系统3，用于主动分配计算，在满足配电网下发目标的前提下，协调控制多台风电机组并快速达到预定目标，调节时间达到最优。

所述配电主站管理系统1将经过全局优化的风电机组总目标功率值发送给风电源网协调控制器2，风电源网协调控制器2与风电源网协调系统3交互，基于主动分配指标，通过主动分配算法，将总目标功率值分解成子目标，将子目标发送给每台风电机组，使整体在最短时间内到达目标值，完成协调控制。

一种基于主动分配指标的风电源网协调控制系统的控制方法，它包括：

步骤1、通过配电主站管理系统对配电网进行全局优化计算，向风电源网协调控制器发送全局优化后总体所要达到的总目标功率值；所述对配电网进行全局优化计算，是通过现有技术中采用的全局优化算法，由配电主站管理系统对配电网进行全局优化计算，将下一调度周期的负荷预测以及间歇性可再生能源的发电预测数据为基础，以网络经济运行为目标，网络运行条件为约束，通过优化计算求解出可调度分布式发电单元的优化运行方式以此为依据对风电机组发送其总体所要达到的总目标功率值。

步骤2、风电源网协调控制器接收总目标功率值，同时记录每台风电机组并网时的最大爬坡率，以及每台风电机组当前时刻的发出功率；其中,n为风电机组总台数。

步骤3、建立单台风电机组输出功率约束条件表达式；

令第i台风电机组要达到的输出功率为，

根据风电机组输出功率的爬坡率不能超过风电机组最大爬坡率，建立其约束表达式为：

单台风电机组的输出功率约束条件为：

其中为第i台风电机组的最大出力，为第i台风电机组运行的时间步长。

通过上面两个约束条件，可得单台风电机组输出功率约束条件表达式：

记作

步骤4、建立主动分配时间指标表达式；

当所有风电机组同时达到目标值时，时间最优，否则可以减少长时间的目标值，增加短时间的目标值，使总时间减少，根据同时性，可以定义主动分配时间指标为：

式中：表示调节前后总目标功率值的差值大小；表示第j台输出功率已达到最大值的风电机组；

，表示所有风电机组；

表示达到输出功率最大值的风电机组总和。

主动分配时间指标可以表示响应时间，每次协调控制过程，就是求最短主动分配时间指标，即

式中：为第i台风电机组的实际爬坡率。

每次考虑一台达到输出功率最大值的风电机组，去掉它的影响，计算优化问题，当所有约束条件都满足时，求得的最小主动分配时间就是整个系统达到目标值所用的时间。

步骤5、根据主动分配时间指标表达式建立主动分配功率指标表达式；

根据主动分配时间指标可以定义主动分配功率指标，即

式中：的含义与上文相同，为I集合中不含J集合的元素，表示所有风电机组中除去输出功率已经达到最大值的第j台风电机组后，第i台风电机组的实际爬坡率，为第i台风电机组的实际爬坡率，为第j台风电机组的实际爬坡率。

主动分配功率指标表示没有达到输出功率最大值的风电机组所需要改变的出力值大小。已经达到输出功率最大值的机组则按照最大功率运行。

步骤6、根据主动分配时间指标表达式和主动分配功率指标表达式对总体目标值进行分配，得到主动分配功率指标。

步骤7、将主动分配功率指标发送给单台风电机组，实现对每台风电机组的输出功率控制。

本发明通过全局优化后总体所要达到的总目标功率值，基于主动分配指标，风电源网协调控制器可以协调控制每台发电机组，使整体达到目标值的时间最优；同时本发明提出主动分配时间指标和主动分配功率指标，将整体可以达到的最优时间和相应的分配功率量化，可以在协调控制中应用。

综上所述，本发明提出基于主动分配的风电源网协调控制方法，风电源网协调控制器接收总体所要达到的总目标功率值，通过主动分配算法将总体所要达到的总目标功率值分配给单台风电机组，优化协调控制时间，使风电机组在源网协调控制器的控制下，整体最快达到目标值。