一种风电场内机组有功功率优化分配的方法

摘要

本发明提供了一种风电场内机组有功功率优化分配的方法，包括S1根据上级在某个指定调度点的调度计划以及预测的该调度点风电机组最大输出功率，判断所有风电机组的预测最大输出功率之和是否大于等于调度指令，若是，则转入步骤S3，若否，则转入步骤S2；S2获得第t个调度点的风电场内各台机组的输出功率分配方案；S3以所有风电机组输出功率与预测的最大输出功率的偏差之和最小为目标，建立优化目标函数；S4以所有风电机组输出功率等于调度指令，相邻调度点的输出功率上波动不超过给定限制，相邻调度点的输出功率下波动不超过给定限制和风电机组的输出功率在预测的最大功率范围内为约束条件，建立优化的约束条件函数；S5采用内点算法对所述优化目标函数和所述约束条件函数组成的规划模型进行解算，获得满足要求的风电场内第t个调度点的有功功率分配方案。

说明书

技术领域

本发明属于风电运行技术领域，更具体地，涉及一种风电场内机组有功功率优化 分配的方法。

背景技术

随着风电的大规模并网，风电场内各台风电机组出力的分配将对大电网的安全、 经济运行以及延长风机寿命产生重要影响。合理安排机组出力计划，需要考虑以下几个方 面要求：第一，协调分配风电场内各台机组出力，使风电场内机组总出力尽量满足调度计 划，减小与调度计划的偏差，保证电网的安全运行；第二，在满足调度计划的同时，尽可能充 分使用风能，减少弃风，提高运行经济性；第三，尽可能避免相邻调度点之间风电机组出力 的大幅度爬坡，减少机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力，延长风机寿命。

目前，风电场内机组有功功率的分配方法大都根据经验，按照某个比例系数分配 机组的出力，或者以经济性、出力与计划波动最小某个方面为目标进行局部优化，未能全面 考虑到上述三个方面的要求，且大都依赖经验和策略进行优化，主观性较强，计算步骤比较 繁琐。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种风电场内机组有功功率优化分 配的方法，旨在解决常规分配方法中，风电机组控制系统动作次数过于频繁导致风电机组 寿命缩短、风电机组实际出力偏离调度计划增加调度人员调节压力、弃风严重导致风能浪 费的问题。

本发明提供了一种风电场内机组有功功率优化分配的方法，包括下述步骤：

S1：根据上级在某个指定调度点的调度计划以及预测的该调度点风电机组最大输 出功率，判断所有风电机组的预测最大输出功率之和是否大于等于调度指令，若是，则转入 步骤S3，若否，则转入步骤S2；

S2：根据公式获得第t个调度点的风电场内各台机 组的输出功率分配方案；

其中，i为风电机组的序号，i＝1,2,…,N，N为风电机组的数目；t为调度点序号， P_i,t为第i台风电机组在第t个调度点的有功功率分配，P_i,t-1为第i台风电机组在第t-1个调 度点的实际输出的有功功率，P_i^up为第i台风电机组在相邻调度点之间的输出功率上升限制 值；为第i台风电机组在第t个调度点的预测的最大输出功率；

S3：以所有风电机组输出功率与预测的最大输出功率的偏差之和最小为目标，建 立优化目标函数

其中，P_i,t表示第i台风电机组在第t个调度点的有功功率分配，为第i台风电机 组在第t个调度点的预测的最大输出功率；

S4：以所有风电机组输出功率等于调度指令相邻调度点的输出功率 上波动不超过给定限制P_i,t-P_i,t-1≤P_i^upifP_i,t≥P_i,t-1，相邻调度点的输出功率下波动不 超过给定限制P_i,t-1-P_i,t≤P_i^downifP_i,t<P_i,t-1和风电机组的输出功率在预测的最大功率范 围内为约束条件，建立优化的约束条件函数；

其中，P_i^down为第i台风电机组相邻调度点之间的输出功率下降限制值，P_i^up为第i台 风电机组相邻调度点之间的输出功率上升限制值，P_i^min为第i台风电机组的输出功率下限 值；P_i^down、P_i^up和P_i^min为已知给定的机组参数。

S5：采用内点算法对所述优化目标函数和所述约束条件函数组成的规划模型进行 解算，获得满足要求的风电场内第t个调度点的有功功率分配方案P_i,t。

本发明将《风电场接入电网技术规定》和《风电调度运行管理规范》中规定的风电 场运行要求转换为可计算的数学函数关系式，通过设置功率平衡约束、相邻调度点之间风 电机组出力波动约束、风电机组输出功率大小约束，可自动获得满足运行要求的风电场内 机组输出功率分配方案，避免按照常规方法分配可能会导致风电机组相邻调度点之间出力 波动过大、风电机组控制系统动作次数过多，不利于电力系统安全运行以及风电机组设备 本身的安全。本发明可以同时考虑与调度指令的偏差、机组相邻调度点的爬坡、最大限度利 用风能等多个方面的因素，获得更高质量的风电场内机组输出功率分配方案，可在满足上 级调度指令的同时，有效减少风电机组控制系统的动作次数，延长风电机组寿命，减少弃 风，提高风能的利用效率，从而提高电力系统运行的安全性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种风电场内机组有功功率优化分配的方法的实现流 程图；

图2是本发明实施例提供的调度点与风电功率和调度指令之间的曲线示意图；

图3中(a)、(b)、(c)分别是3个机群的预测的最大输出功率。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。

针对已有方法的不足，本发明提出了一种简单实用的风电场内机组有功功率优化 分配的方法，可以同时考虑到减小实际出力与调度计划偏差、充分利用风能、减少风电机组 爬坡和动作次数等多个方面，对提高含风电并网电力系统运行的安全性和经济性，延长风 电机组寿命等方面具有重要意义。

本发明的目的在于克服现有的风电场内机组出力分配方法主观性强，考虑因素较 单一，从而导致风电机组控制次数过于频繁，风电机组寿命缩短；风电机组实际出力偏离调 度计划，增加调度人员调节压力；弃风严重，风能不能有效利用，浪费风电资源等不足，将风 电并网的多种运行要求和控制策略转换为可计算的函数表达式，通过优化计算可得到一种 自动满足多种要求的风电机组出力分配方案。

本发明采用以下技术方法实现：

一种风电场内机组有功功率优化分配方法，包括以下步骤：

1.根据上级在某个指定调度点的调度计划以及预测的该调度点风电机组最大输 出功率，判断是否需要重新优化计算风电场内各台机组的出力。具体的判断方法如下：

假设P_t^∑为第t个调度点的整个风电场输出功率的调度指令，为第i台风电机组 在第t个调度点的预测的最大输出功率。按照式(1)比较所有风电机组的预测最大输出功率 总和与调度指令的大小，如果式(1)满足，则转入步骤3～5进行继续优化机组的出力分配方 案；否则，转入步骤2获得该调度点的风电场内各机组的输出功率分配方案。

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_{i,t}^F\ge P_t^{\Sigma }---\left(1\right)$

式中，i表示机组编号，t表示调度点序号，调度点由调度部门按照需要设定，一般 每间隔1～5分钟设置一个调度点，N为风电场内风电机组的台数，P_t^∑为第t个调度点的整个 风电场输出功率的调度指令，为第i台风电机组在第t个调度点的预测的最大输出功率。

2.如果所有风电机组的预测最大输出功率之和小于调度指令，则根据式(2)确定 第t个调度点的风电场内各台机组的输出功率分配方案。式(2)的含义是在风电机组相邻时 段的功率波动限制范围内以及机组按预测的最大功率输出中取最小的值作为风电机组输 出功率分配方案。这样可以限制风电机组爬坡的幅度。

$P_{i,t}=\min \{(P_{i,t-1}+P_i^{up}),P_{i,t}^F\},i=1,2,...,N---\left(2\right)$

式中，P_i,t表示第i台风电机组在第t个调度点的有功功率分配，P_i,t-1表示第i台风 电机组在第t-1个调度点的实际输出的有功功率，P_i^up表示第i台风电机组在相邻调度点之 间的输出功率上升限制值。

3.以所有风电机组输出功率与预测的最大输出功率的偏差之和最小为目标，建立 优化目标函数，目的是最大可能利用风电资源。如式(3)所示。

$min\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}|P_{i,t}^F-P_{i,t}|---\left(3\right)$

式中，P_i,t表示第i台风电机组在第t个调度点的有功功率分配，为第i台风电机 组在第t个调度点的预测的最大输出功率。

4.分别以所有风电机组输出功率等于调度指令(如式(4.1))、相邻调度点的输出 功率上、下波动不超过给定限制(如式(4.2)、(4.3))、风电机组的输出功率在预测的最大功 率范围内(如式(4.4))为约束，建立优化的约束条件函数。约束条件(4.1)可以使得所有风 电机组的出力之和满足调度指令所要求输出的功率，实现电力系统功率平衡；约束条件 (4.2)和(4.3)通过限制相邻调度点之间输出功率的波动，避免风电机组出力变化过大，从 而有效减少风电机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力，延长风机寿命；约束条件 (4.4)是在风电机组能够输出的功率范围内进行调度，保证所分配功率的可实现性。

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{R}_{i,t}=P_t^{\Sigma }---\left(4.1\right)$

P_i,t-P_i,t-1≤P_i^upifP_i,t≥P_i,t-1(4.2)

P_i,t-1-P_i,t≤P_i^downifP_i,t<P_i,t-1(4.3)

$P_i^{\min }\le P_{i,t}\le P_{i,t}^F---\left(4.4\right)$

式中，P_i^down、P_i^up分别为第i台风电机组相邻调度点之间的输出功率上升、下降限制 值，P_i^min为第i台风电机组的输出功率下限值。P_i^down、P_i^up和P_i^min为给定的机组参数。

5.采用内点算法对式(3)和(4)组成的规划模型进行解算，既可得到满足要求的风 电场内第t个调度点的有功功率分配方案P_i,t，i＝1,2,…,N。

本发明将《风电场接入电网技术规定》和《风电调度运行管理规范》中规定的风电 场运行要求转换为可计算的数学函数关系式，通过设置功率平衡约束、相邻调度点之间风 电机组出力波动约束、风电机组输出功率大小约束，可自动获得满足运行要求的风电场内 机组输出功率分配方案，避免按照常规方法分配可能会导致风电机组相邻调度点之间出力 波动过大、风电机组控制系统动作次数过多，不利于电力系统安全运行以及风电机组设备 本身的安全。所发明的方法可以同时考虑与调度指令的偏差、机组相邻调度点的爬坡、最大 限度利用风能等多个方面的因素，获得更高质量的风电场内机组输出功率分配方案，可在 满足上级调度指令的同时，有效减少风电机组控制系统的动作次数，延长风电机组寿命，减 少弃风，提高风能的利用效率，从而提高电力系统运行的安全性和经济性。

以下结合附图对本发明实施案例作进一步详细说明。

实施方案的参数说明：

本实施方案中，假设风电场内有3个机群，分别记为G1、G2和G3，每个机群的容量分 别为45MW、45MW和60MW，单台机组的额定输出功率为1.5MW。那么，机群G1、G2和G3分别含有 30台、30台和40台风电机组。

本实施案例中，以某一天的调度为示例，设定每5min为一个调度点，一天共有288 个调度点。该天的调度指令以及各个机群预测的最大出力曲线如图2和图3所示，每个机群 的上、下爬坡限制为6MW。

实施步骤如下：

(1)根据上级调度计划以及预测的该调度点风电机组可能的最大输出功率，判断 是否需要重新优化计算风电场内各台机组的出力。

例如，第1个调度点，所有机组预测的最大出力为59.45MW，调度指令为54.6MW。因 为机组预测的最大出力大于调度指令，因此按照步骤(3)～(5)制定风电场内风电机组的调 度方案。

第2个调度点，所有机组预测的最大出力为48.08MW，调度指令为54.6MW。因为机组 预测的最大出力小于调度指令，因此按照步骤(2)制定风电场内风电机组的调度方案。

(2)在风电机组相邻时段的功率波动限制范围内以及机组按预测的最大功率输出 中取最小的值作为风电机组输出功率分配方案。

例如，第2个调度点：

第1个调度点三个机群的出力分别为：29.34MW，21.14MW，4.133MW；根据爬坡限制： 上下波动不超过6MW，在第2个调度点三个机群的最大出力分别不允许超过：35.34MW， 27.15MW，10.1333MW。

第2个调度点三个机群预测的最大出力分别为：25.56MW，19.08MW，3.44MW。

因此，风电机组相邻时段的功率波动限制范围内以及机组按预测的最大功率输出 中取最小的值分别为：25.56MW，19.08MW，3.44MW。也就是第2个调度点的机组出力分配方 案。

(3)以所有风电机组输出功率与预测的最大输出功率的偏差之和最小为目标，建 立优化目标函数。

例如，第1个调度点3个机群的优化分配方案计算的目标函数为：$min\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}|P_{i,1}^F-P_{i,1}|.$

(4)分别以所有风电机组输出功率等于调度指令、相邻调度点的输出功率上、下波 动不超过给定限制、风电机组的输出功率在预测的最大功率范围内为约束，建立优化的约 束条件函数。

例如，第1个调度点3个机群的优化分配方案计算的约束条件为：P_i,1- P_i,0≤6(i＝1,2,3,ifP_i,1≥P_i,0)、P_i,0-P_i,1≤6(i＝1,2,3,ifP_i,1<P_i,0)，

(5)采用常规的现代内点方法对式(3)和(4)组成的规划模型进行解算，既可得到 满足要求的风电场内第t个调度点的有功功率分配方案P_i,t，i＝1,2,…,N。

例如，通过计算得到第1个调度点，三个机群的优化调度方案分别为：29.34MW， 21.14MW，4.133MW。

为了显示本发明方法的优越性，本实施方案对以某一天的调度为示例，设定每 5min为一个调度点，一天共有288个调度点进行调度，并与常用的按比例系数分配的方法相 比较。比较方法为：设定单个机群出现超过6MW功率波动为大幅波动，并记此时机组动作1 次。统计288个调度点的动作次数，动作次数少的方法为较优的方法。

比较所得的统计结果如表1所示，从表1可见，本发明方法机组的动作次数明显小 于常规的按比例系数分配的方法。

表1机群动作次数对比结果

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。