本发明属于电气工程有功调度控制领域,具体涉及一种新能源电力系统在多源多调控域运行方式下控制方法。
背景技术：
：随着多种能源形式的储电储热等储能设备接入新能源电力系统的规模和速度的不断快速提升，针对大电网内负荷变化曲线和风电、光伏等新能源发电形式的波动及其不确定性，传统的单一的控制方法已经无法充分适应电网在不同的负荷水平及其变化特性条件下的多种复杂运行方式。电网发电控制多应用闭环控制，旨在减少实际负荷与预测负荷差异带来的电网频率升降。电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，保证发电机组出力随时与外界用电负荷保持平衡，就是要及时调节系统内并联运行机组的有功功率，平衡由于负荷的变化而引起的功率偏差,实现电网的频率控制，使系统对负荷扰动等随机干扰既有较强的鲁棒性,又保证具有较好的动态性能。现有技术研究：现有技术一：《紧急切负荷措施的温控负荷控制策略及概率模型》(电网技术2014年第38卷1期)将温控负荷群作为备用资源纳入到传统紧急切负荷控制体系中，提出了含可控温控负荷的紧急切负荷策略，消除馈线恢复过程中负荷群聚合功率的大幅振荡。然而，温控负荷主要作为备用能源纳入紧急切负荷信号的负荷体系中，而对于用于日用电峰谷调节，满足平抑日负荷用电需求，存在欠缺，对于发电设备及用电负荷之间的时空相关性没有考虑。现有技术二：《电一热联合微网中分布式可再生能源功率波动平抑策略》(2017年第37卷第0期)提出一种深度平抑可再生能源出力波动的热源-混合储能协同控制策略，通过多类型混合储能系统为电-热微网分布式可再生能源的功率波动抑制与消纳提供了更大的控制灵活性与调整区间。然而，并没有考虑到机组本身的调控能力，需要充分考虑到弃风弃光弃核在调控机组出力中的作用。现有技术中并没有提及到多源多域的划分与设计，为响应对不同域的不同控制需求和功能，提高不同控制器设计独立性，寻求控制精确性和复杂性间平衡，本发明提出多源多域控制方法。技术实现要素：针对电网总负荷与新能源发电出力的等效负荷综合后的电网综合负荷曲线，根据负荷曲线的变化对电网的运行控制方式进行调整，在不同的负荷水平与变化条件下，采用不同的控制策略，能够有效提高电网控制的准确度与响应速度。将电网运行的控制根据负荷特性分成正常、异常和紧急三个区域，并分别采用不同的控制算法，以提高电网新能源的消纳能力及多源储能装置的利用效率。为响应对不同域的不同控制需求和功能，提高不同控制器设计独立性，寻求控制精确性和复杂性间平衡，提出多源多域控制方法。针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新能源电力系统在多源多调控域运行方式下控制方法。该方法以火力、水力、风电、光伏、核电发电机组等作为主力发电单元，以储热、储电等多源储能作为旋转备用，以异常域、紧急域、正常域等构成多域控制区间。以调节有功功率为控制手段，通过分别设置火力、水力发电机组，风电、光伏、核电发电机组、储电机组、储热机组优先级及权重，根据各域不同发用电需求，确定各类机组所承担的机组比例。通过调控中心调节权重，实现多域多机组灵活控制。在启动控制策略的情况下，为保证发电机组在最短时间内，跟踪上负荷变化，实现增长速率与负载保持一致。本文发明一种采用多源多域控制方法，引入闭环反馈，控制发电机组实时跟踪该负荷增量，以保证频率在要求水平。通过跟踪可调节负荷(变化周期在10秒到数分钟之间的负荷分量)，定义可调节负荷与发电机组的相关系数，实现对负荷权重的有效控制，来平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力，实现电网安全稳定运行。为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案来实现:1、采集数据，数据采集参数如下：火力机组出力水力机组出力光伏机组出力风电机组出力光伏机组出力核电机组出力储电机组出力储热机组出力用电设备负荷功率2、判断系统运行状态,根据日负荷预测曲线，通过日负荷功率变化范围，分别设定异常、紧急临界功率，本发明设定日最大负荷功率的50％为异常临界功率，日最大负荷功率的25％为紧急临界功率，当超出或低于设定临界功率时，来确定当前工作区域，即正常域、异常域、紧急域。3、由于各发电机组所承担的发电任务基于负荷功率变化会进行相应调整，本发明通过设定发电机组及储能机组投入运行优先级，根据用电负荷功率及机组出力平衡特性，构建权重计算模型。4、调控中心基于机组运行变化，若需要对机组工作状态做出相应调整，对各发电机组及储能机组下发相应调度指令。根据调度指令，实现机组控制。本发明基于调度指令，提出一种新能源电力系统在多源多调控域运行方式下控制方法。5、多源多域控制，根据调度中心下达指令，在时间t内，负荷增加/减少功率变化量δp。通过跟踪负荷变化，进行发电功率实时控制，保持频率要求水平内。根据日负荷曲线，定义日间控制时间尺度为24h，时间分辨率为15min,共96个时刻点。引入闭环控制，通过跟踪负荷速率变化率v，控制出力变化率vg，在任意时间周期t内，定义多个控制周期td(td<t)，使得机组出力变化率趋向负荷速率变化率。进一步的，2、判断系统运行状态方法：根据日负荷预测曲线，分别设定异常、紧急临界功率，式中，pmax,pmin表示最大、小日负荷用电功率，pa表示异常临界功率，一般为50％p，pu表示紧急临界功率，一般为25％p，p表示日负荷预测用电最大功率。进一步的，3、计算发电机组权重3.1根据用电负荷功率及机组出力平衡特性，满足如下关系：式中，ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热功率权重，其中ω1+ω2+ω3+ω4+ω5+ω6+ω7＝1。分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，表示各机组处于停机状态，表示各机组处于运行状态；nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。为在第i时刻用电设备i的负荷功率，nl为用电负荷数量,表示负荷i在t时刻消耗电量，表示负荷i在t时刻不消耗电量。3.2权重计算当处于不同的时间时，负荷功率不同，相应的调控中心会根据变化值，对各发电机组所承担的发电任务进行相应调整；在不同的工作域即正常、异常、紧急域中，各类机组会存在不同的发电优先级，设置优先度系数，确定发电机组的重要度或机组的先后发电。即各机组权重会发生相应变化。ωk(k＝1,2...,6)表示各类机组在时刻t权重，分别表示t时刻各类机组中各机组工作状态；分别表示t时刻各类机组中各机组出力。其中δj表示优先级系数。进一步的，5、多源多域控制，为保证发电机组在最短时间内，跟踪上负荷变化，实现增长速率与负载保持一致。引入闭环反馈，根据多域中不同的发用电需求，通过控制发电机组及储能机组实时跟踪该负荷增量，以保证频率在要求水平。5.1计算负荷速率变化率根据在任意时间t内，负荷增加/减少功率变化量δp内，可求得其速率变化率v为5.2计算发电机组速率变化率1)计算任意时刻t内，发电机组总发电量pg：式中：pg表示发电机组总发电量；分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组i的出力，分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组i的状态，nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。2)计算任意时间t内，发电机组出力变化率：式中：vg表示发电机组出力变化率，分别表示t+δt、t时刻发电机组发电功率，δpg表示在δt内的功率变化量。5.3可调节负荷与发电机组相关性计算在正常域、异常域和紧急域三个控制时段内，因负荷用电特点不同，存在可调控负荷和不可调控负荷，又因为多域中多发电及储能机组重要程度的不同，使得各机组权重处于变化中。为平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力，确定可控制用电负荷与发电机组之间的相关性关系，设置相关性系数，通过定义λ与各机组权重的相关性分析，建立各控制时段相互数学关系，并引入闭环反馈控制中，提高控制能力。假设系统中共有m个相关的随机变量p1,p2,…,pm，将之表示为向量p＝[p1,p2,…,pm]。其中，p1,p2,…,pa分别表示a个电源的输出功率，pa+1,pa+2,…,pa+b分别表示b个可调节负荷功率；ρij为变量pi与pj间的相关系数(i,j＝1,2,…m)。式中：为配网中所有发电系统在t时刻的总出力。为t时刻弱时效性负荷i的消耗功率，为t时刻发电机组i的状态，表示机组停机状态，表示机组运行；式中：为配网中所有发电系统在t时刻的总出力。分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。当相关系数ρij＝0.1646，则认为呈相关关系。5.4可调节负荷权重计算：基于相关性系数的计算，及各机组权重分析，计算可调节负荷权重λ。式中：βij表示相关性系数，分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。ng＝nt+nhy+npv+nw+nn+nb+nhs。t1,t2表示正常域、异常域、紧急域的起止时间。式中，为电网中负荷i时刻t消耗的有功；(t1,t2)＝{8:00-21:00；21：00-24：00，6:00-8:00；24:00-6:00}表示正常域、异常域、紧急域的起止时间。该目标函数根据权重λ值来平衡发电系统的平抑能力。通过计算得到不同域中的负荷权重λ，从而带入控制运行函数式(7)、(8)，从而可以通过调节负荷，来平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力。5.5当负荷用电功率与发电实际出力不相等即存在δpx时，通过调节控制，使得δpx在一定时间内必须在规定的控制范围内。式中：pl,i+1,pl,i第i+1,i次采样用电负荷功率，fn表示额定频率、fg+1、fg分别表示第i+1,i次用电负荷采样频率。pl、pc表示负荷实际用电及计划用电，pk表示时间为k时综合负荷功率，pmax、pmin表示日预测负荷用电最大、最小功率，pg表示发电机组出力，λ表示负荷权重。比例系数m1，m2，m3；其中m1+m2+m3＝1。5.6通过以上分析，根据不同域中不同时段的变化，引入闭环控制，通过跟踪负荷速率变化率v，控制出力变化率vg，进行实时控制。在任意时间周期t内，定义多个控制周期td(t＝ntd,n≥2)，使得机组出力变化率趋向负荷速率变化率：式中：pg(t)表示各发电机组时间t内的发电量，pp(t)表示各发电机组时间t内的计划发电量；pl、pc表示负荷实际用电及计划用电，td表示时间周期t内的一个调整周期，δpx表示区域发用电控制误差；λ表示机组出力与可调控负荷相关性系数。当则认为满足控制要求。有益效果本发明为保证发电机组在最短时间内，跟踪上负荷变化，实现增长速率与负载保持一致。本文发明通过跟踪可调节负荷(变化周期在10秒到数分钟之间的负荷分量)，计算区域发用电误差，定义可调节负荷与发电机组的相关系数，实现对负荷权重的有效控制，来平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力，实现电网安全稳定运行。引入闭环反馈，控制发电机组跟踪该负荷增量，以保证频率在要求水平。附图说明图1为本发明提供的一种新能源电力系统在多源多调控域运行方式下控制方法流程图。图2为本发明提供的一种某地区日负荷预测曲线。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加地清晰明白，一下结合附图及实施案例，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案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互配合。本发明采用如下技术方案：具体数据准备:本发明以某地区某配网进行算例分析。以正常域为例进行计算。火力发电机额定功率100kw，数量为10台，水力发电机组额定功率100kw，数量为5台，光伏250w,100块，核反应堆300mw，2台，风机100kw，10台，储热机组额定功率为24kw，数量为50台，储电机组35kw，20台。1、采集数据数据采集参数如下：火力机组出力水力机组出力光伏机组出力风电机组出力光伏机组出力核电机组出力储电机组出力储热机组出力用电设备负荷功率2、判断系统运行状态进一步的，判断系统运行状态方法：根据日负荷预测曲线，分别设定异常、紧急临界功率，式中，pmax,pmin表示最大、小日负荷用电功率，pa表示异常临界功率，一般为50％p，pu表示紧急临界功率，一般为25％p，p表示日负荷预测用电最大功率。根据日负荷预测曲线，取pmax,pmin＝14mw，3mw,pa＝6mw，pu＝3mw，p＝12mw。某时刻负荷用电如下表所示：表1多源多域条件下多时刻负荷用电功率3、计算发电机组权重3.1根据用电负荷功率及机组出力平衡特性，满足如下关系：式中，ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热功率权重，其中ω1+ω2+ω3+ω4+ω5+ω6+ω7＝1。分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，表示各机组处于停机状态，表示各机组处于运行状态；nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。为在第i时刻用电设备i的负荷功率，nl为用电负荷数量,表示负荷i在t时刻消耗电量，表示负荷i在t时刻不消耗电量。3.2权重计算当处于不同的时间时，负荷功率不同，相应的调控中心会根据变化值，对各发电机组所承担的发电任务进行相应调整；在不同的工作域即正常、异常、紧急域中，各类机组会存在不同的发电优先级，设置优先度系数，确定发电机组的重要度或机组的先后发电。即各机组权重会发生相应变化。ωk(k＝1,2...,6)表示各类机组在时刻t权重，分别表示t时刻火力、水力、光伏、核电、储热、储电机组工作状态。分别表示t时刻火力、水力、光伏、核电、储热、储电机组出力。分别表示各类机组发电功率。其中δj表示优先级系数。以正常域为例，优先级依次：水电、光伏、风电、核电、火电。即δj分别为0.333、0.267、0.2、0.133、0.067。投入机组数量分别为4台、100块、10台、0台、5台；则可计算火电、水电、光伏、风电、核电机组权重分别为0.466、0.283、0.105、0.096。表2正常域条件下各机组参数优先级(高到低)水电光伏风电核电水电储热储电优先级系数0.3330.2670.2000.1330.0670.0320.012投入机组数量4100100500各机组权重0.4660.2830.10500.096004、调控中心基于机组运行变化，若需要对机组工作状态做出相应调整，对各发电机组及储能机组下发相应调度指令。5、多源多域控制根据调度中心下达指令，在时间t内，负荷增加/减少功率变化量δp。通过跟踪负荷变化，进行发电功率实时控制，保持频率要求水平内。根据日负荷曲线，定义日间控制时间尺度为24h，时间分辨率为15min,共96个时刻点。引入闭环控制，通过跟踪负荷速率变化率v，控制出力变化率vg，在任意时间周期t内，定义多个控制周期td(td＜t)，使得机组出力变化率趋向负荷速率变化率。为保证发电机组在最短时间内，跟踪上负荷变化，实现增长速率与负载保持一致。本文发明一种控制方法，引入闭环反馈，根据多域中不同的发用电需求，通过控制发电机组及储能机组实时跟踪该负荷增量，以保证频率在要求水平。5.1计算负荷速率变化率根据在任意时间t内，负荷增加/减少功率变化量δp内，可求得其速率变化率为5.2计算发电机组速率变化率1)计算任意时刻t内，发电机组总发电量：2)计算任意时间t内，发电机组出力变化率：5.3可调节负荷与发电机组相关性计算在正常域、异常域和紧急域三个控制时段内，因负荷用电特点不同，存在可调控负荷和不可调控负荷，又因为多域中多发电及储能机组重要程度的不同，使得各机组权重处于变化中。为平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力，确定可控制用电负荷与发电机组之间的相关性关系，设置相关性系数，通过定义λ与各机组权重的相关性分析，建立各控制时段相互数学关系，并引入闭环反馈控制中，提高控制能力。假设系统中共有m个相关的随机变量p1,p2,…,pm，将之表示为向量p＝[p1,p2,…,pm]。其中，p1,p2,…,pa分别表示a个电源的输出功率，pa+1,pa+2,…,pa+b分别表示b个可调节负荷功率；ρij为变量pi与pj间的相关系数(i,j＝1,2,…m)。式中：为配网中所有发电系统在t时刻的总出力。为t时刻弱时效性负荷i的消耗功率，为t时刻发电机组i的状态，表示机组停机状态，表示机组运行；式中：为配网中所有发电系统在t时刻的总出力。分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。当相关系数ρij＝0.285＞0.1646，则呈相关关系。5.4可调节负荷权重计算：基于相关性系数的计算，及各机组权重分析，计算可调节负荷权重λ。式中：βij表示相关性系数，分别为t时刻火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热发电机组i的出力，分别为t时刻发电机组i的状态，nt,nhy,npv,nw,nn,nb,nhs分别为火力、水力、风电、光伏、核电、储电、储热机组数量。ng＝nt+nhy+npv+nw+nn+nb+nhs。t1,t2表示正常域、异常域、紧急域的起止时间。式中，为电网中负荷i时刻t消耗的有功；(t1,t2)＝{8:00-21:00；21：00-24：00，6:00-8:00；24:00-6:00}表示正常域、异常域、紧急域的起止时间。该目标函数根据权重λ值来平衡发电系统的平抑能力。通过计算求得正常域下λ＝0.2254，从而带入控制运行函数式(7)(8)，从而可以通过调节负荷，来平衡对用电负荷及发电系统的平抑能力。5.5当负荷用电功率与发电实际出力不相等即存在δp时，通过调节控制，使得δp在一定时间内必须在规定的控制范围内。式中：pl,i+1,pl,i第i+1,i次采样用电负荷功率，fn表示额定频率、fg+1、fg分别表示第i+1,i次用电负荷采样频率。pl、pc表示负荷实际用电及计划用电，pk表示时间为k时综合负荷功率，pmax、pmin表示日预测负荷用电最大、最小功率，pg表示发电机组出力，λ表示负荷权重。比例系数m1，m2，m3；其中m1+m2+m3＝1。可求得δpx＝0.000066,发用电功率趋于相等。即该控制取得了有益效果。5.6通过以上分析，根据不同域中不同时段的变化，引入闭环控制，通过跟踪负荷速率变化率v，控制出力变化率vg，进行实时控制。在任意时间周期t内，定义多个控制周期td(t＝ntd,n≥2)，使得机组出力变化率趋向负荷速率变化率：式中：pg(t)表示各发电机组时间t内的发电量，pp(t)表示各发电机组时间t内的计划发电量；pl、pc表示负荷实际用电及计划用电，td表示时间周期t内的一个调整周期，δpx表示区域发用电控制误差；λ表示机组出力与可调控负荷相关性系数。通过计算可得，则认为满足控制要求。综上所述，在现有研究中，并没有提及多域控制，本发明在多能源供电，多元储能的条件下，根据日负荷预测曲线，通过多域划分，提出一种基于多源多域的控制方法。而本发明提出的多域控制方法的性能良好，具有简单的结构，与传统控制方法相比，鲁棒性强，具有更快的收敛性，能够更好地平抑负荷波动，达到控制目的。该方法能充分新能源发电及传统发电机组的优缺点，发挥其互补功能，通过设置各发电机组优先级及权重，根据各域不同发用电需求，确定各类机组所承担的机组比例。通过调控中心调节权重，实现多域多机组灵活控制。当前第1页12