一种基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功紧急控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功紧急控制方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明基于超短期风电功率预测信息，建立优化模型，以实现紧急状态下电网的有功紧急调控指令在风电场内各机组间的合理分配，协调机组的有功出力，为遏制电网发展态势的恶化予以助力。本发明能够有效降低风电机组控制系统的动作次数，避免机组的高频率启停，有效提升机组的运行寿命，进而降低风电场的运维成本，提高经济性。
【专利说明】
一种基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功紧急控制 方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种基于功率预测的 电网紧急状态下风电场有功紧急控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着特高压交直流线路的建成投运，大容量跨区输电的格局逐渐形成。电网的运 行由区域模式向一体模式转变，其运行特性更加复杂。此外，风电、光伏等间歇性电源以及 电动汽车等新型负荷的快速增加，也增加了电网运行的不确定性。新环境下电力系统出现 设备过载、母线电压越限、低频振荡等紧急状态的可能性增大。在电网进入紧急状态时，必 须及时采取措施遏制其发展态势的恶化。
[0003] 随着风电并网比例的大幅度提高，由于风电功率存在波动性和间歇性等特点，其 对电网的安稳运行有着不容小觑的影响。考虑到风电场具备有功功率调节能力，可以根据 电网调度指令对出力进行有效控制，合理利用风电场的有功调节能力可以对电网态势的良 好发展起到一定的辅助作用，因此有必要对电网紧急状态下风电场的有功功率控制进行研 究。此外，伴随技术的发展，超短期风电功率预测的预报周期大大缩短，这也为研究风电场 的有功控制提供了便利条件。
[0004] 国家电网公司企业标准《智能电网调度技术支持系统系列标准》中对紧急状态定 义如下：紧急状态指电网出现的设备过载、断面越限、电压越限和低频振荡等状态。在电网 进入紧急状态时，若未能及时采取有效措施，将可能导致电网由紧急状态进入更严重的事 故状态。随着风电并网比例的增加，其对电网的运行起着愈发重要的影响。合理利用风电场 的有功调节能力可以有效缓解电网的紧急状态。
[0005] 目前国内已有的风电场有功控制方法多以简单的平均分配方法或是处理风电场 内机组的有功出力协调问题，这样必然不是最佳的协调方式。因而如何在电网紧急状态下 实现风电场内风电机组有功出力的协调优化，及时响应电网的调控指令是亟待解决且具备 实际应用价值的现实问题之一。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是：提供一种电网紧急状态下风电场的有功控制方法，以够给出合理 的风电场内机组有功出力的协调结果，及时响应电网的紧急调控指令。
[0007] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0008] 1)当电网进入紧急状态时，在线调度系统向风电场下达有功紧急控制指令，并以 电网在线紧急控制周期为基准，确定风电功率预测周期和风电场内指令下发周期；
[0009] 2)基于功率预测信息，比较调度时刻风电场预测功率和紧急调控指令的大小;若 电网紧急调控指令不小于风电场预测功率，则进入步骤3);否则，进入步骤4);
[0010] 3)采用最大功率追踪控制风电场内所有机组，进入步骤6);
[0011] 4)进行超短期风电功率预测，选取多个时间点，读取风电机组的实时有功功率，预 测其未来4小时内的有功功率，确定风机机组功率变化态势权值系数，进入步骤5);
[0012] 5)建立指令优化模型，确定分配给风电场内各风电机组的有功紧急控制指令，进 入步骤6);
[0013] 6)各风电机组根据相应的指令紧急控制出力。
[0014] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中的电网在线紧急控制周期Te、风 电功率预测周期Tp、风电场内指令下发周期IV的单位均为分钟，且满足TpSIXTe。
[0015] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中的确定风电机组功率变化态势权 值系数的具体方法如下：
[0016] 4-1)针对每台风电机组，读取其第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出 功率，并分别读取第m-2、m-l、m+l、m+2个风电功率预测周期对应时间点的预测输出功率，计 算用于判断风机功率变化态势的参数：
[0018] 以上式中，PPm,n为第n台风电机组第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出 功率，m表示风电功率预测周期的个数，m为整数，且 m多3;P'Pm,n为第n台风电机组第m个预测 点的风机功率变化态势的参数；
[0019] 4-2)确定每台风电机组的实时有功出力和风机功率变化态势参数的相关系数： I 0 < m Tr < 60 0.5 60</?r" < 120
[0020] n =\ /m'H 0.2 120</?7；, <180 0.1 i 80 240
[0021] 以上式中，nm,n为第n台风电机组第m个预测点的风机功率变化态势的参数P'pm,n的 相关系数，T P为风电功率预测周期，用mTP表示当前间隔时间；
[0022] 4-3)针对每台风电机组，选取第2m、第3m个风电功率预测周期对应时间点，计算出 其功率变化态势参数？'咖,11、？'[^,11和相关系数11 2￥、11^;
[0023]然后，计算每台风电机组的功率变化态势的权值系数：
[0025] 以上式中，Pn为第n台风电机组的实时有功出力，tn为第n台风电机组的功率变化态 势的权值系数，P' P2m,n和P'P3m,n分别为其第2m个预测点和第3m个预测点的风机功率变化态 势的参数，n2m, n和n3m,n为各自相关系数。
[0026] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中用于确定分配给风电机组的有功 紧急控制指令的优化模型如下：
[0027]目标函数为： X
[0028] mm Yjn i^refn Pn) }l-1
[0029] 约束条件为： Pn ^Prefn ^ PPl,n tf K ^^Pn< PPln
[0030] ^ Prefn=Ppy.n if tn>Q,Pn>PPltt 0 < Pn.,l: < Pn otherwise X
[0031 ] ivfn ~ ^REF n=l
[0032] 以上式中，x为风电场风电机组总数;n是风电机组的编号；tn为第n台风电机组的 功率变化态势的权值系数;P n为第n台风电机组的实时有功出力;PP1,n为第n台风电机组下一 调度点风功率预测值;Pref为调度下达风电场的下时段有功紧急控制命令;P refn为分配到第 n台风电机组的有功紧急控制指令。
[0033] 本发明的有益效果如下：本发明基于超短期风电功率预测信息，该方法建立指令 优化模型，以实现紧急状态下电网的有功调控指令在风电场内各机组间的合理分配，协调 机组的有功出力，为遏制电网发展态势的恶化予以助力。此外，该方法能有效降低风电机组 控制系统的动作次数，避免机组的高频率启停，有效提升机组的运行寿命，进而降低风电场 的运维成本，提高经济性。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的流程框图。
[0035]图2为实施例中风电场风电功率预测和调度数据。
[0036]图3为机群G1采用本发明方法与现有常用算法的有功紧急控制指令对比图。
[0037] 图4为机群G3采用本发明方法与现有常用算法的有功紧急控制指令对比图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
[0039] 实施例1:
[0040] 本发明的一个实施例，其步骤如图1所示。
[0041] 步骤1是当电网进入紧急状态时，在线调度系统向风电场下达有功紧急控制指令， 并以电网在线紧急控制周期为基准，确定风电功率预测周期和风电场内指令下发周期。电 网在线紧急控制周期Te、风电功率预测周期T P、风电场内指令下发周期IV的单位均为分钟， 且满足Tp<T?<Te。
[0042] 步骤2是基于功率预测信息，比较调度时刻风电场预测功率和紧急调控指令的大 小;若电网紧急调控指令不小于风电场预测功率，则进入步骤3);否则，进入步骤4)。
[0043] 步骤3是采用最大功率追踪控制风电场内所有机组，然后进入步骤6)。
[0044] 步骤4是进行超短期风电功率预测，选取多个时间点，读取风电机组的实时有功功 率，预测其未来4小时内的有功功率，确定风机机组功率变化态势权值系数，进入步骤5)。具 体包括：
[0045] 4-1)针对每台风电机组，读取其第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出 功率，并分别读取第m-2、m-l、m+l、m+2个风电功率预测周期对应时间点的预测输出功率，计 算用于判断风机功率变化态势的参数：
[0047] 以上式中，PPm,n为第n台风电机组第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出 功率，m表示风电功率预测周期的个数，m为整数，且 m多3;P'Pm,n为第n台风电机组第m个预测 点的风机功率变化态势的参数；
[0048] 4-2)确定每台风电机组的实时有功出力和风机功率变化态势参数的相关系数： 1 0 < m Tr < 60 0.5 60 </;??；,< 120
[0049] 一 < 0_2 120 < 川180 OJ 180^/?r"<240
[0050] 以上式中，nm,n为第n台风电机组第m个预测点的风机功率变化态势的参数P'Pm, n的 相关系数，TP为风电功率预测周期，用mTP表示当前间隔时间；
[0051] 4-3)针对每台风电机组，选取第2m、第3m个风电功率预测周期对应时间点，计算出 其功率变化态势参数？'咖, 11、？'[^,11和相关系数112￥、11^;
[0052]然后，计算每台风电机组的功率变化态势的权值系数：
[0054]以上式中，Pn为第n台风电机组的实时有功出力，tn为第n台风电机组的功率变化态 势的权值系数，P'P2m,n和P'P3m,n分别为其第2m个预测点和第3m个预测点的风机功率变化态 势的参数，n2m, n和n3m,n为各自相关系数。
[0055] 步骤5是建立指令优化模型，确定分配给风电场内各风电机组的有功紧急控制指 令，进入步骤6)。用于确定分配给风电机组的有功紧急控制指令的优化模型如下：
[0056] 目标函数为：
[0057] rnmj^tn(p^-ptt) n=l
[0058] 约束条件为： ^ P^Pn.,^Pn, ///"> 0,^,. <
[0059] < Pref"=PpU if tn > 0, Pn > Pn ri 0 < P^jn '< Pn otherwise X
[0060] ^Pn,n = Pref n=\
[0061] 以上式中，x为风电场风电机组总数;n是风电机组的编号；tn为第n台风电机组的 功率变化态势的权值系数;P n为第n台风电机组的实时有功出力;PP1,n为第n台风电机组下一 调度点风功率预测值;Pref为调度下达风电场的下时段有功紧急控制命令;P refn为分配到第 n台风电机组的有功紧急控制指令。
[0062]步骤6是各风电机组根据相应的指令紧急控制出力。
[0063]下面给出本实施例的仿真数据。该数据源自某风电场一天24时段的风电出力预测 数据和电网在线紧急调控数据，如图2所示。本实施例以机群G1、G3为例说明本发明的实用 性和有效性，机群G1、G3的风功率预测分别呈现总体上升和下降趋势。
[0064]电网在线紧急控制周期为5min，本实施例中将风电功率预测周期和机组指令下发 周期均设定为5min。
[0065]读取机群G1的实时有功出力。设m为12,即分别取第12、24和36个调度点，读取输出 功率的预测值Pp12、Pp24PPP36。每个预测点再分别取其前后两个相邻的风电功率预测周期所 对应的预测输出功率;例如P P12的前后两个相邻的风电功率预测周期分别为第10、第11、第 13、第14个风电功率预测周期所对应的预测输出功率;PP36的前后两个相邻的风电功率预测 周期分别为第34、第35、第37、第38个风电功率预测周期所对应的预测输出功率。对机群G3 的预测数据进行相同的计算处理。
[0066]根据公式
分别计算得出各自的功率变化态势参数P'P12，P' P24和 P ' p36。机群G1在初始时刻输出功率为15.9MW，第10到14个调度点的预测输出功率分别为 16.4丽、16.4丽、16.2丽、17.5丽和16.9丽，则？\12 = 16.7丽，同理可计算得到？\24=17.8丽 和P'p36 = 17.3MW。[0067] 本实施例中，TP为5min，因而第12、24和36个调度点对应的相关系数分别为1、0.5 和0.2〇
[0068] 根据 可计算可得机群G1在初始时 刻的权值系数为0.2389。
[0069] 由图3、4可以看出，对比现在常用的风电机组出力分配算法，本实施例下发至机群 G1、G3的有功紧急控制指令分别平稳上升，避免了大范围的功率波动。
[0070] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功紧急控制方法，其特征在于，包括 以下步骤： 1) 当电网进入紧急状态时，在线调度系统向风电场下达有功紧急控制指令，并以电网 在线紧急控制周期为基准，确定风电功率预测周期和风电场内指令下发周期； 2) 基于功率预测信息，比较调度时刻风电场预测功率和紧急调控指令的大小;若电网 紧急调控指令不小于风电场预测功率，则进入步骤3);否则，进入步骤4); 3) 采用最大功率追踪控制风电场内所有机组，进入步骤6); 4) 进行超短期风电功率预测，选取多个时间点，读取风电机组的实时有功功率，预测其 未来4小时内的有功功率，确定风机机组功率变化态势权值系数，进入步骤5); 5) 建立指令优化模型，确定分配给风电场内各风电机组的有功紧急控制指令，进入步 骤6); 6) 各风电机组根据相应的指令紧急控制出力。2. 根据权利要求1所述的基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功紧急控制方法， 其特征在于，所述步骤1)中的电网在线紧急控制周期T E、风电功率预测周期ΤΡ、风电场内指 令下发周期Tw的单位均为分钟，且满足TpSIXTe。3. 根据权利要求1所述的基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功功率控制方法， 其特征在于，所述步骤4)中的确定风电机组功率变化态势权值系数的具体方法如下： 4-1)针对每台风电机组，读取其第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出功率， 并分别读取第111-2、111-1、111+1、111+2个风电功率预测周期对应时间点的预测输出功率，计算用 于判断风机功率变化态势的参数：以上式中，Ppm, η为第η台风电机组第m个风电功率预测周期对应时间点的预测输出功率， m表示风电功率预测周期的个数，m为整数，且m多3;P'Pm,n为第η台风电机组第m个预测点的 风机功率变化态势的参数； 4-2)确定每台风电机组的实时有功出力和风机功率变化态势参数的相关系数：以上式中，iKn为第η台风电机组第m个预测点的风机功率变化态势的参数P'Pm,n的相关 系数，ΤΡ为风电功率预测周期，用mTP表示当前间隔时间； 4-3)针对每台风电机组，选取第2m、第3m个风电功率预测周期对应时间点，计算出其功 率变化态势参数？'卩2_、？'[^,11和相关系数1^,11、113￥; 然后，计算每台风电机组的功率变化态势的权值系数：以上式中，pn为第η台风电机组的实时有功出力，tn为第η台风电机组的功率变化态势的 权值系数，P'P2m,η和P'P3m,η分别为其第2m个预测点和第3m个预测点的风机功率变化态势的 参数，n2m, η和n3m,η为各自相关系数。4.根据权利要求1所述的基于功率预测的电网紧急状态下风电场有功功率控制方法， 其特征在于，所述步骤5)中用于确定分配给风电机组的有功紧急控制指令的优化模型如 下： 目标函数为： 约束条件为：以上式中，X为风电场风电机组总数;η是风电机组的编号;tn为第η台风电机组的功率变 化态势的权值系数;ρη为第η台风电机组的实时有功出力;ΡΡ1,η为第η台风电机组下一调度点 风功率预测值;P REF为调度下达风电场的下时段有功紧急控制命令;Pre3fn为分配到第η台风 电机组的有功紧急控制指令。
【文档编号】H02J3/46GK105958545SQ201510997739
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月25日
【发明人】张柏林, 陈振寰, 傅铮, 汤奕, 常康, 张东良, 蔡明明, 李全茂, 王昊昊, 侯锐杰, 段慧, 宋建光, 张昊天, 韩杰, 杨海, 吴峰, 张伟, 杨力, 张彦凯, 梁福波, 智勇, 拜润卿, 陈仕彬, 李养俊, 郝如海, 高磊, 乾维江
【申请人】国网甘肃省电力公司电力科学研究院, 国网甘肃省电力公司, 国家电网公司, 国电南瑞科技股份有限公司, 东南大学