一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法与流程

本发明涉及电力系统自动发电控制技术领域，尤其涉及一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法。

背景技术：

近年来，得益于国家政策对可再生能源开发的大力扶持及电力、电子、通信等信息技术的突破,我国新能源的开发利用得到了迅猛发展,已有越来越多的大型风电场、光伏站等新能源场站接入电网。新能源的大规模集中并网对电网的调峰/调频、联络线控制、系统暂态稳定等诸多方面带来影响：新能源场站的地理位置一般处于远离负荷中心的主网架末端，接入点网架结构相对薄弱，大规模集中并网会增加新能源送出断面的重载和越限风险；新能源功率波动往往与用电负荷波动趋势相反，为保证电网的安全稳定运行,调度人员在运行控制中往往留取充足的正向与负向旋转备用,造成调频资源的巨大浪费；同时，大规模新能源电源具有能量足、变化快、时空分布不确定性强等特点，其发电呈现出功率瞬时突变的特征，导致系统频率特性的进一步恶化。因此,如何主动对新能源场站的有功出力进行控制,实现新能源的最大消纳，并满足电网对新能源发电的综合调度需求,是电网调度与控制面临的一大难题。

文献一《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40页)提出了在省级电网以外的区域电网范围内消纳风电的集中控制模式，并从平衡方式、控制主体、资源调配等方面对该模式进行了阐述。但该方案的实现在现阶段面临着信息技术和运行管理两方面的制约。

文献二《考虑嵌套断面约束的大规模集群风电有功控制策略》(电力系统自动化2015年第39卷第13期17-18页)提出考虑多重嵌套断面协调与强制触发策略在控制断面潮流的基础上最大化利用断面裕度。该方法仅从输电断面接纳层面考虑了新能源的控制方法，未考虑风电在电网中的调峰调频、及与常规能源的配合问题。

中国专利(申请号：201210167984.3)《风光储联合发电系统有功协调控制方法》披露了一种风光储联合协调控制方法，从而实现新能源联合发电系统参与电网调峰、调频、计划跟踪与波动平滑等多种调度需求。该联合发电模式需要系统配置一定的电池储能系统，将新能源联合发电系统组建为一个可调度的发电单元，在大规模新能源并网模式下的应用推广受到一定的限制。

目前，国内外学者围绕风电等间歇性能源接入电网后控制方案多沿用常规水火电机组的模式与逻辑，针对大规模新能源的集中调度管理，尚未形成系统的解决方案。为解决新能源发电并网困境，并有效整合常规电厂的调峰能力，根本方法为在现有电力市场交易政策的允许范围内探索市场模式，激励新能源发电企业参与发电权交易，提升新能源消纳水平。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，探索面向大规模新能源接入电网带来的各项难题的适应性解决方法，通过引入电力市场环境下的发电权交易模式，解决新能源发电消纳与电网调峰能力不足等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在新能源agc系统中建立一个主控制区，新能源主控制区建模时，包含关键运行信息为：各级断面的量测/状态、常规电源agc的旋转备用、常规电源agc的区域控制偏差；

(2)在新能源agc系统中建立控制组、场站控制对象模型，各新能源场站控制对象获取月度发电权交易成分及各成分目标交易电量，并根据发电权交易成分进行初始化分组，各控制组具有与发电权一致的优先级；

(3)新能源agc系统以跟踪火电机组实时下旋转备用为总目标，计算新能源发电指标，实现与常规电源agc的协调配合；

(4)将步骤(3)计算得到的新能源发电指标依据各控制组的发电优先级进行组间分配：当发电指标为正即新能源场站需要进行增出力调节时，优先将发电指标分配给发电权优先级高的控制组；当发电指标为负，即新能源场站需要进行减出力控制时，优先减扣发电权优先级低的控制组；

(5)实时监视各新能源场站的限电状态、断面约束情况及跟踪响应情况，对其调节能力及发电空间进行判别；

(6)新能源场站发电指标的分配，由步骤(4)计算得到的组内发电指标的分配根据实际运行需求制定分配规则，在分配过程中考虑步骤(5)中各级断面约束与实际发电能力的情况，实现发电指标的适时转移；

(7)根据步骤(6)的执行结果统计新能源发电系统的基础电力，并在限电时段对各新能源场站的超发电力进行累计计算得到超发电量，将各电量交易组产生的超发电量记作发电权交易电量；

(8)将步骤(7)计算得到的发电权交易电量与月度发电权交易指标进行对比，当完成当前交易成分电量时，则自动将该新能源场站切换至低一优先级控制组，并按照步骤(7)累积该组对应成分电量，直至各新能源场站完成所有发电权交易成分。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：

当火电下备用不足、低于预设门槛下限值时，则需要对新能源进行限电控制；当火电下备用充足、高于预设门槛上限时，新能源出力仅受调节步长与容量限值约束；当火电备用处于门槛上、下限之间时，则根据实时备用信息计算新能源的增发空间；新能源发电指标计算公式如下：

式中，δpreg,t为t时刻新能源发电的增发空间；drvt为t时刻火电机组的下旋转备用；drvlower为预留火电下旋转备用的下限值；drvupper为预留火电下旋转备用的上限值；pcap为新能源总装机容量；η为出力增量系数。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，所述对新能源进行限电控制，需要满足以下任一条件则判定新能源发电系统为限电工况：

a.新能源发电指标δpreg,t数值为负；

b.新能源发电指标δpreg,t数值为正，且agc受限场站数量高于预设数目。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中通过监视新能源场站断面约束情况，对新能源场站调节能力及发电空间进行判别，设计了消纳控制、预防控制与矫正控制三个环节：

a.正常情况下，即断面潮流低于断面限额预留安全阈值时，根据断面潮流输送限额扣除稳定裕度后的有功值计算断面接纳空间：

δpsec,t＝plmt·(1-δmarg)-psec,t2)

式中：δpsec,t为断面在t时刻的最大接纳能力；plmt为断面稳定限额；δmarg为预留断面稳定裕度，为一百分数；psec,t为断面在t时刻的实际潮流；

b.断面重载工况下，即断面潮流已经挤占断面稳定裕度时，新能源agc闭锁所有恶化断面状态的控制指令，对断面状态恢复有益的指令仍然正常下发，防止由于agc调节导致新能源送出断面状态进一步恶化；

c.断面越限工况下，即断面潮流已超过断面稳定限额时，断面下所属场站除启用上述约束逻辑外，还需要针对越限工况进行矫正调节，矫正目标为断面预留稳定裕度后的运行工况，矫正调节量计算方法同式2)，断面受限电力在区域内部进行平衡转移。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于：所述步骤(5)实时监视各新能源场站的限电状态、断面约束情况及跟踪响应情况，对各新能源场站调节能力及发电空间进行判别，包括：判别各新能源场站当前是否具备上调能力，在发电指标的分配过程中，适时将暂不具备上调能力场站的发电指标转移给其他有调节能力的场站，其中新能源场站调节能力的判别采用定周期指令跟踪响应识别法，满足以下任一条件则判定该场站在响应控制指令：

a.当前指令周期结束时，实际出力大于目标指令与跟踪死区的差值；

b.最近连续两个指令周期内，与调节方向一致的总调节量不小于目标增量的50％；

c.最近连续三个指令周期，每个指令周期内与调节方向一致的调节量不小于目标增量的30％；

上调节方向场站不跟踪时，判定该场站暂不具备上调能力。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，所述将暂不具备上调能力场站的发电指标转移给其他有调节能力的场站，转移策略的执行应遵循以下原则：

a.转移时机：当总调节量足够大，各场站均以最大步长加出力时不考虑转移；只有当发电指标有限，需要进行多场站分配时，才考虑启用转移策略；

b.转移范围：当系统定义了多个组群时，发电指标仅在组群内部进行转移，不作跨组群转移处理；

c.保留裕度：对发电指标转出的场站设置保留裕度，即对其下发一个较小的固定调节量，用于测试发电指标转出期间场站的跟踪响应情况，以便及时判断场站是否恢复上调能力，回收已转移的发电指标。

上述的一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，所述步骤(7)中超发电量的计算公式为：

式中，bast为t时刻的新能源基础电力；pi,t为场站i在t时刻的有功功率；ci为场站i的装机容量；gtrade为有发电权交易的场站集合；supi,t为场站i在t时刻的超发电力。

本发明的有益效果是：

本发明结合电力市场环境下的发电权交易模式，针对大规模集中并网带来的新能源消纳与电力调峰等问题提出了一套完整的新能源调度控制解决方案。其中考虑了新能源与常规电源的协调配合方式、发电权交易电量的分级执行方案及针对断面约束与发电指标最大化利用的精细化控制策略，为新能源消纳及电力市场环境下的交易控制提供了技术支撑。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明发电权交易分级控制流程图。

图2是本发明新能源场站限电状态判断示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种电力市场环境下发电权交易的新能源有功控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在新能源agc系统中建立一个主控制区，新能源主控制区建模时，包含关键运行信息为：各级断面的量测/状态、常规电源agc的旋转备用、常规电源agc的区域控制偏差；

(2)在新能源agc系统中建立控制组、场站控制对象模型，各新能源场站控制对象获取月度发电权交易成分及目标交易电量，并根据发电权交易成分进行初始化分组，各控制组具有与发电权一致的优先级；

(3)新能源agc系统以跟踪火电机组实时下旋转备用为总目标，计算新能源发电指标，实现与常规电源agc的协调配合；

(4)将步骤(3)计算得到的新能源发电指标依据各控制组的发电优先级进行组间分配：当发电指标为正即新能源场站需要进行增出力调节时，优先将发电指标分配给发电权优先级高的控制组；当发电指标为负，即新能源场站需要进行减出力控制时，优先减扣发电权优先级低的控制组；

(5)实时监视各新能源场站的限电状态、断面约束情况及跟踪响应情况，对其调节能力及发电空间进行判别；

(6)新能源场站发电指标的分配，由步骤(4)计算得到的组内发电指标的分配根据实际运行需求制定分配规则，在分配过程中考虑步骤(5)中各级断面约束与实际发电能力的情况，实现发电指标的适时转移；

(7)根据步骤(6)的执行结果统计新能源发电系统的基础电力，并在限电时段对各新能源场站的超发电力进行累计计算得到超发电量，将各电量交易组产生的超发电量记作发电权交易电量；

(8)将步骤(7)计算得到的发电权交易电量与月度发电权交易指标进行对比，当完成当前交易成分电量时，则自动将该新能源场站切换至低一优先级控制组，并按照步骤(7)累积该组对应成分电量，直至各新能源场站完成所有发电权交易成分。

本实施例中，所述步骤(3)具体为：

当火电下备用不足、低于预设门槛下限值时，则需要对新能源进行限电控制；当火电下备用充足、高于预设门槛上限时，新能源出力仅受调节步长与容量限值约束；当火电备用处于门槛上、下限之间时，则根据实时备用信息计算新能源的增发空间；新能源发电指标计算公式如下：

式中，δpreg,t为t时刻新能源发电的增发空间；drvt为t时刻火电机组的下旋转备用；drvlower为预留火电下旋转备用的下限值；drvupper为预留火电下旋转备用的上限值；pcap为新能源总装机容量；η为出力增量系数。

由式1)计算得到的新能源发电指标δpreg,t的正负属性来区分限电与否是存在逻辑缺陷的，即，当δpreg,t为正时新能源有可能仍处于限电状态，仅表示其限电深度有所缩减。为准确判断新能源的限电工况，还需要考虑新能源场站的实际限电状态。

本实施例中，所述对新能源进行限电控制，需要满足以下任一条件则判定新能源发电系统为限电工况：

a.新能源发电指标δpreg,t数值为负；

b.新能源发电指标δpreg,t数值为正，且agc受限场站数量高于预设数目。

本实施例中：所述步骤(5)中通过监视新能源场站断面约束情况，对新能源场站调节能力及发电空间进行判别，设计了消纳控制、预防控制与矫正控制三个环节：

a.正常情况下，即断面潮流低于断面限额预留安全阈值时，根据断面潮流输送限额扣除稳定裕度后的有功值计算断面接纳空间：

δpsec,t＝plmt·(1-δmarg)-psec,t2)

式中：δpsec,t为断面在t时刻的最大接纳能力；plmt为断面稳定限额；δmarg为预留断面稳定裕度，为一百分数；psec,t为断面在t时刻的实际潮流；

b.断面重载工况下，即断面潮流已经挤占断面稳定裕度时，新能源agc闭锁所有恶化断面状态的控制指令，对断面状态恢复有益的指令仍然正常下发，防止由于agc调节导致新能源送出断面状态进一步恶化；

c.断面越限工况下，即断面潮流已超过断面稳定限额时，断面下所属场站除启用上述约束逻辑外，还需要针对越限工况进行矫正调节，矫正目标为断面预留稳定裕度后的运行工况，矫正调节量计算方法同式2)，断面受限电力在区域内部进行平衡转移。

本实施例中：所述步骤(5)实时监视各新能源场站的限电状态、断面约束情况及跟踪响应情况，对各新能源场站调节能力及发电空间进行判别，包括：判别各新能源场站当前是否具备上调能力，在发电指标的分配过程中，适时将暂不具备上调能力场站的发电指标转移给其他有调节能力的场站。

不同于常规水火电机组，新能源场站的调节能力具有不确定性。主站侧新能源场站实时调节能力主要来自超短期功率预测或场站上报值，受新能源超短期功率预测精度及一些人为因素影响，目前主站侧接入的新能源场站调节能力可信度较低。新能源发电指标根据该结果在新能源场站之间分配时，有可能造成一些场站已无上调能力仍占用部分发电指标，同时一些资源充足的场站没有得到充分利用。为摆脱超短期功率预测精度的制约，其中新能源场站调节能力的判别采用定周期指令跟踪响应识别法，满足以下任一条件则判定该场站在响应控制指令：

a.当前指令周期结束时，实际出力大于目标指令与跟踪死区的差值；

b.最近连续两个指令周期内，与调节方向一致的总调节量不小于目标增量的50％；

c.最近连续三个指令周期，每个指令周期内与调节方向一致的调节量不小于目标增量的30％；

上调节方向场站不跟踪时，判定该场站暂不具备上调能力。

本实施例中，所述将暂不具备上调能力场站的发电指标转移给其他有调节能力的场站，转移策略的执行应遵循以下原则：

a.转移时机：当总调节量足够大，各场站均以最大步长加出力时不考虑转移；只有当发电指标有限，需要进行多场站分配时，才考虑启用转移策略；

b.转移范围：当系统定义了多个组群时，发电指标仅在组群内部进行转移，不作跨组群转移处理；

c.保留裕度：对发电指标转出的场站设置保留裕度，即对其下发一个较小的固定调节量，用于测试发电指标转出期间场站的跟踪响应情况，以便及时判断场站是否恢复上调能力，回收已转移的发电指标。

新能源场站发电权交易可能存在多个成分，且具有不同的执行优先级，此类交易成分在物理电量中是无法区分的，仅作为结算依据，因此交易电量与非交易电量及不同发电权电量的合理界定至关重要。基于此，本发明提出了基础电力与超发电力的概念。记无交易计划场站的平均负荷率为基础电力bas，其他有交易计划的新能源场站出力高于该水平的出力部分记为超发电力。本实施例中，所述步骤(7)中超发电量的计算公式为：

式中，bast为t时刻的新能源基础电力；pi,t为场站i在t时刻的有功功率；ci为场站i的装机容量；gtrade为有发电权交易的场站集合；supi,t为场站i在t时刻的超发电力。限电时段对超发电力进行累计计算超发电量，超发电量即作为发电权交易电量。

综上所述，本发明的发电权分级交易控制方法可概括为：首先，根据发电权交易成分划分控制组，各控制组均对应一种发电权交易成分，并具有与其一致的发电优先级。对于无电量交易的新能源场站，单独划分一个基础电量组，将其赋予最低发电优先级；月初时刻，新能源agc自动读取各新能源场站的发电权交易电量指标，并根据最高优先级发电权成分进行初始化分组；新能源agc在实时控制中，根据各控制组的发电优先级进行排序调用，即增出力时，优先将发电指标分配给发电权优先级高的控制组；减出力时，优先减扣发电权优先级低的控制组，以保证高发电权交易电量的优先完成；实时统计各新能源场站在其控制组内的超发电量，即相应的发电权成分电量，并将该结果与月度发电权交易指标进行对比，当完成当前交易成分电量时，则自动将该新能源场站切换至低一优先级控制组，并累积该组对应成分电量，直至各新能源场站完成所有发电权交易成分，进入基础电量组。

如图2所示，本图是本发明提及的新能源场站限电状态判断示意图。新能源场站的限电状态可根据控制指令与实际出力之间的关系进行判断。一般来说，控制指令低于实际出力即为限电，考虑到新能源场站出力的波动性与跟踪精度，以实际出力作为基点叠加一个带宽裕量作为限电门槛更为合理。若新能源场站发电能力充足，实际出力会一直向控制指令靠拢；相反，目标出力始终高于该限电门槛则表明新能源场站已无跟踪能力，该限电判据能够有效识别新能源场站的真实限电状态。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。