考虑新能源接纳最大化的火电机组实时调度需求判定方法

摘要

本发明涉及一种考虑新能源接纳最大化的火电机组实时调度需求判定方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。该方法包括在当前时刻，启动一次数据采集，计算当前电网的实时发电需求，实时计算不同情况下得到的当前自动控制机组的出力调节需求，实时计算不同情况下得到的当前联络线功率的调节需求，最后得到判定考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求，用以根据不同情况得到的对电力系统火电机组在相应情况下进行实时调度；本方法以新能源发电消纳最大化为目标，使电力系统能够实时根据新能源发电运行状态和电网运行状态，提前安排火电机组出力，充分挖掘电网调节能力，确保电网有足够的调节空间来消纳新能源。

说明书

技术领域

本发明属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域，特别涉及一种考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求判定方法。

背景技术

风、光资源的强随机性、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，最大程度利用新能源发电资源，尽可能多地消纳新能源发电已经成为目前各个新能源发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对新能源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。在现场运行中，分钟级的快速新能源发电调度实时控制，对保障电网安全，减少弃风或弃光损失可以起到显著作用。

目前，快速新能源发电调度实时控制主要根据自动发电控制机组的实时下旋备(下旋备用来表征机组有功功率最大的可下调空间范围)以及电网之间的联络断面有功功率实际值与设定值的实时偏差，即当电网自动发电控制机组的实时下旋备不足并且电网之间的联络断面有功功率实际值与设定值的实时偏差过大时，启动新能源实时控制，减少并网发电的新能源电力。这种方法只考虑了自动发电控制机组的秒级调节能力，没有提前调节电网中具备分钟级调节能力的火电机组出力，也就没有充分利用电网调节能力，没有达到新能源接纳最大化的新能源优先调度需求，导致了由于对电网可接纳新能源发电能力估计不足所带来的弃风或弃光，降低了新能源发电的利用率

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出一种考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求判定方法，为结合新能源消纳需求提前安排火电机组出力提供基础信息。以充分挖掘电网调节能力，确保电网有足够的调节空间来消纳新能源。

本发明提出的考虑新能源接纳最大化的火电机组实时调度需求判定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)设置考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求判定的数据采集周期为T_g，其中T_g由运行人员以参数设置的方式人工输出，T_g＝的取值范围为1-10分钟；

2)在当前时刻，启动一次数据采集，采集的数据包括：

2.1)从电网的数据采集与监视控制系统采集电网自动发电控制机组的实时下旋备采集新能源汇集区域与电网之间联络断面的有功功率实际值采集当前新能源电站总出力采集当前跟计划机组的有功出力总和

2.2)从电力系统负荷预测系统获取未来3-5个数据采集采集周期的电网负荷预测值

2.3)从新能源功率预测系统获取未来3-5个数据采集采集周期的新能源预测出力

2.4)从电力系统机组发电计划系统获取未来3-5个数据采集采集周期的各机组有功计划总和

2.5)从上级电力调度控制中心获取联络线有功计划值

2.6)获取人工设定参数，包括自动发电控制机组的向下旋转备用死区下限死区上限和设定值联络线有功控制死区

3)计算当前电网的实时发电需求由以下三部分组成：

3.1)电力系统实时负荷增量计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{load}=p_{fur}^{load}-p_{curr}^{load}---\left(2\right)$

3.2)新能源发电的出力增量计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{ren}=p_{fur}^{ren}-p_{curr}^{ren}---\left(3\right)$

3.3)发电机组计划值与实际值的出力偏差计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{gen}=p_{sche}^{gen}-p_{curr}^{gen}---\left(4\right)$

则由下式可得：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{sys}={\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{load}-{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{ren}-{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{gen}---\left(5\right)$

4)实时计算不同情况下得到的当前自动控制机组的出力调节需求如下：

4.1)若表明当前自动控制机组下旋备用过多，则升高参与实时调度的火电机组出力，

4.2)若表明当前自动控制机组下旋转备用在控制死区范围之内，则不进行调节，

4.3)若表明当前自动控制机组下旋转备用不足，则降低参与实时调度的火电机组出力，

5)实时计算不同情况下得到的当前联络线功率的调节需求如下：

5.1)若表明当前联络线交换功率过大，则提前降低参与实时调度的火电机组出力,其中，λ为联络线越限校正参数因子，取值范围为0-1；

5.2)若表明联络线交换功率过少，则提前升高参与实时调度的火电机组出力,

5.3)若表明当前联络线交换功率在控制死区范围之内，则不进行调节，

6)根据步骤4)、5)得到判定考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组的实时调度需求

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{all}={\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{sys}+{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{agc}+{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{tie}---\left(6\right)$

用以根据不同情况得到的代入式(6)中对电力系统火电机组在相应情况下进行实时调度；

7)等待下一次的数据采集周期，返回步骤1)。

本发明的特点和有益效果是：

本方法结合电力系统电力负荷预测及新能源电力出力预测结果计算电力系统发电需求，结合基于调度需求及控制参数的当前自动控制机组调节需求及联络线功率调节需求得到考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求。该需求以新能源发电消 纳最大化为目标，充分考虑了电网发电态势、自动发电控制和联络线的调节需求。本方法可集成在调度中心运行的新能源发电有功功率控制主站系统中，为结合新能源消纳需求提前安排火电机组出力提供基础信息。使该系统能够实时根据新能源发电运行状态和电网运行状态，提前安排火电机组出力，充分挖掘电网调节能力，确保电网有足够的调节空间来消纳新能源。

具体实施方式

本发明提出的考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求判定方法，下面结合具体实施例进一步说明如下。

本发明涉及的数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)以计算机和网络通信为基础，对电力系统实时运行状态进行监视和控制。

本方法中涉及的自动发电控制机组，是指电网中参与自动发电控制的发电机组。自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)是电力系统有功功率调整和频率控制的一种，AGC是电力系统调度自动化的主要内容之一，利用调度中心侧监控计算机、远动通道、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。

本方法中涉及的自动发电控制机组下旋备，用来表征机组有功功率最大的可下调空间范围。设机组i的有功功率当前值为有功功率下限为则机组i的有功功率下旋备的定义为：

本方法中涉及的自动发电控制的下旋备死区是为了减少发电机组调速系统控制器的频繁动作，发电机组的一次调频控制回路中设置的调频死区，当所有自动发电控制机组的当前有功功率值总和与下限值总和的差值大于下旋备死区时，代表电网有足够的向下调节空间来应对调频需求。

本方法中涉及的电网与新能源电站之间的联络线的有功功率控制死区，是为了减少电网有功功率控制器的频繁动作而设置的联络线有功功率死区，当联络线的实际有功功率值与设定有功功率值的偏差绝对值在此死区范围内时，代表电网有功功率大小满足要求，电网有功功率控制器不需要动作。

本方法中涉及的电力系统负荷预测是根据电力系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因数，来预测未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量(功率)或用电量；负荷预测是电力系统经济调度中的一项重要内容，是能量管理系统(EMS) 的一个重要模块。

本方法中涉及的新能源发电功率预测是以新能源电站的历史运行数据、地形地貌、数值天气预报、实时运行状态等数据建立新能源电站输出功率的预测模型，以风速、辐射强度、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合新能源发电设备的设备状态及运行工况，预测新能源电站未来的有功功率。

本方法中涉及的火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂，由于火电机组的固有特点，其调节响应速度在分钟级。

本发明提出的考虑新能源接纳最大化的火电机组实时调度需求判定方法实施例，包括以下步骤：

1)设置考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组实时调度需求判定的数据采集周期为T_g，其中T_g由运行人员以参数设置的方式人工输出，T_g＝的取值范围为1-10分钟，典型取值为5分钟；

2)在当前时刻，启动一次数据采集，采集的数据包括：

2.1)从电网的数据采集与监视控制系统采集电网自动发电控制机组的实时下旋备采集新能源汇集区域与电网之间联络断面的有功功率实际值采集当前新能源电站总出力采集当前跟计划机组的有功出力总和

2.2)从电力系统负荷预测系统获取未来3-5个数据采集采集周期(典型取值为3个采集周期)的电网负荷预测值

2.3)从新能源功率预测系统获取未来3-5个数据采集采集周期(典型取值为3个采集周期)的新能源预测出力

2.4)从电力系统机组发电计划系统获取未来3-5个数据采集采集周期(典型取值为3个采集周期)的各机组有功计划总和

2.5)从上级电力调度控制中心获取联络线有功计划值

2.6)获取人工设定参数，包括自动发电控制机组的向下旋转备用死区下限死区上限和设定值联络线有功控制死区上述参数由运行人员人工 指定，典型取值(单位:MW)：

$\left(\begin{array}{c}{p}_{dn}^{agc,dh}=0.2\times p_{mva}^{agc}\\ p_{dn}^{agc,dl}=0.1\times p_{mva}^{agc}\\ p_{dead}^{tie}=50\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，为所有投入自动发电控制机组的容量总和；

3)计算当前电网的实时发电需求由以下三部分组成：

3.1)电力系统实时负荷增量计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{load}=p_{fur}^{load}-p_{curr}^{load}---\left(2\right)$

3.2)新能源发电的出力增量计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{ren}=p_{fur}^{ren}-p_{curr}^{ren}---\left(3\right)$

3.3)发电机组计划值与实际值的出力偏差计算公式：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{gen}=p_{sche}^{gen}-p_{curr}^{gen}---\left(4\right)$

则由下式可得：

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{sys}={\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{load}-{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{ren}-{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{gen}---\left(5\right)$

4)实时计算不同情况下得到的当前自动控制机组的出力调节需求如下：

4.1)若表明当前自动控制机组下旋备用过多，则升高参与实时调度的火电机组出力，

4.2)若表明当前自动控制机组下旋转备用在控制死区范围之内，则不进行调节，

4.3)若表明当前自动控制机组下旋转备用不足，则降低参与实时调度的火电机组出力，

5)实时计算不同情况下得到的当前联络线功率的调节需求如下：

5.1)若表明当前联络线交换功率过大，则提前降低参与实时调度的火电机组出力,其中，λ为联络线越限校正参数因子， 取值范围为0-1，由人工指定，一般可取值为0.8；

5.2)若表明联络线交换功率过少，则提前升高参与实时调度的火电机组出力,

5.3)若表明当前联络线交换功率在控制死区范围之内，则不进行调节，

6)根据步骤4)、5)得到判定考虑新能源接纳最大化的电力系统火电机组的实时调度需求

${\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{all}={\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{sys}+{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{agc}+{\mathrm{\Delta p}}_{cap}^{tie}---\left(6\right)$

用以根据不同情况得到的代入式(6)中对电力系统火电机组在相应情况下进行实时调度；

(7)等待下一次的数据采集周期，返回步骤1)。