一种梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法及系统与流程

本发明涉及自动发电控制，具体为一种梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法及系统。

背景技术：

1、新型电力系统中风光新能源占比的逐步提升，使电力系统变为电力电子系统，带来电网形态功能的深刻变化，具体表现就是“双高”特性，即：高比例新能源、高比例电力电子装备。传统电力系统电源以常规火电、水电为主，发电出力连续可控；新能源发电受气候变化和天气条件影响大，具有随机性、波动性、间歇性的特点，发电出力弱可控和高度不确定；高比例新能源将使电网运行特性由连续可控电源变为弱可控和强不确定性电源。因此，风光新能源占比逐步提升后，其固有的非连续、瞬时波动特性以及电力电子特性，将会严重影响电网的实时功率平衡，造成电网电压和频率发生波动，直接影响电网稳定性。

2、目前，对于水光互补技术的研究大多集中于水电与光伏的长时间尺度互补发电、优化调度等方面，而对于光伏与梯级水电的超前预测控制方法相对较少，尤其是在水光互补优化调度业务属于电力生产ii区，而水光互补协调控制业务属于电力生产i区，通常情况下i区的协调控制仅仅是执行ii区优化调度业务制定的发电计划，而对于机组运行过程中的实时信息调度业务无法进行监测，同时调度业务与控制业务的时间尺度存在较大差异，这也导致水光互补实时的协调控制与发电计划不能紧密结合，从而出现考核指标的偏差。

3、因此，有必要提出一种梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法指导梯级水电与光伏的协同经济运行，从而实现梯级水光互补的高效运行，减少弃水弃光电量，促进大中型水电基地可再生能源的协同开发运行，提高发电企业的经济效益。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、本发明的第一个目的在于提供一种梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法，包括：系统通过光伏电站的光伏预测系统采集短期和超短期的光伏功率预测数据，根据所述光伏功率预测数据计算日前和超短期光伏预测曲线；利用所述日前和超短期光伏预测曲线，以梯级各电站机组当前状态为初始值，进行梯级水电日内及超短期自动开停机计划的实时制定和滚动更新，实现梯级流域水电机组的自动开机和自动停机；基于协调控制数学模型，应用梯级水光协同控制策略，下发负荷分配指令给梯级各电站的发电机组，实现对梯级水电与光伏出力的协调控制调节。

3、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：协同运行控制系统的有功可调限值为梯级水电的有功可调限值和光伏的有功可调限值之和；

4、所述梯级水电的有功可调限值为在当前水头下，梯级水电的有功可调最大值 caspmax和最小值 caspmin，表示为：

5、 ；

6、其中，表示梯级水电中第 i台水电机组当前水头下的最大出力，表示梯级水电中第 i台水电机组当前水头下的最小出力， n表示梯级水电中所有处于发电状态的机组的台数；

7、所述光伏的有功可调限值为在当前辐照、温度的气象条件下，光伏电站的有功可调最大值 pvpmax和最小值 pvpmin，表示为：

8、 ；

9、其中，表示光伏电站中第 j台逆变器或数采装置在当前气象条件下的最大出力，表示光伏电站中第 j台逆变器或数采装置在当前气象条件下的最小出力， m表示光伏电站中所有发电逆变器或数采装置的台数。

10、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：所述梯级水电日内及超短期自动开停机计划的实时制定和滚动更新包括，

11、基于梯级流域所有水电站的不同发电机组的排列组合构建梯级流域水电机组的基本元素信息、组合数据表和优化策略表，并确定每个组合数的最大可用出力，表示为：

12、 ；

13、其中，表示第 i个机组组合数的最大可用出力，表示梯级流域中所有水电机组中有 k台发电机组的排列组合数， c表示所有水电机组从1至的 n台发电机组的排列组合数之和，表示当前水头下机组的最大可用出力；

14、下一时刻梯级水电有效设定值 setnext的计算为：

15、 ；

16、其中， planset表示日内梯级水光发电计划曲线设定值， poffagc表示未参与agc调节的梯级流域水电机组总有功功率， pvforcurda表示光伏的日前预测曲线的预测出力， poffplant表示未参与agc的水电厂的全厂总有功功率， poffgen表示参与agc的水电厂中未投入单机agc的机组有功功率之和；

17、若所述下一时刻梯级水电有效设定值在梯级水电的联合振动区之内，则将梯级水电有效设定值以就近原则取振动区的上限或下限，表示为：

18、 ；

19、其中，表示梯级水电的第 k个联合振动区的下限，表示梯级水电的第 k个联合振动区的上限；

20、若所述梯级水电有效设定值大于当前梯级水电的有功可调最大值，则说明梯级水电设定值增加后已经超出当前梯级流域所有发电机组最大可调出力范围，因此需至少将1台静止的水电机组操作为发电；

21、若当前梯级水电实际设定值与所述梯级水电有效设定值的差值大于当前梯级水电某台机组实际最小出力，则说明梯级水电有效设定值降低后可以由比当前梯级流域发电机组数量更少的梯级水电机组满足设定值要求，考虑空载耗水的因素，至少将1台发电的水电机组操作为静止；

22、梯级流域发电机组排列组合时，采用机组状态一致原则，即根据当前电站机组实际运行状态与组合中对应机组状态进行一致性比对，仅保留组合中对应机组的状态与实际机组运行状态一致的组合，不一致则剔除；

23、对所述梯级流域发电机组排列组合进行优选时，采用机组出力偏差最小原则，根据每个组合的出力偏差和最小出力偏差对机组组合进行筛选，若偏差值为非负值则保留该组合，若偏差值为负值则将该组合剔除，根据机组组合的最小出力偏差对偏差死区范围内的组合进行筛选，仅保留偏差死区范围内的组合；

24、对所述梯级流域发电机组排列组合进行优选时，采用机组状态变化最小原则，即通过每个机组组合的机组状态与当前机组实际运行状态进行对比，组合中的机组状态与当前机组实际运行状态不同，则认为发生机组状态的变化，计算每个组合的机组状态变化数和最小状态变化数，仅保留机组状态变化数与最小状态变化数相等的组合；

25、对所述梯级流域发电机组排列组合进行优选时，采用开机台数相异原则，即剔除组合数中的各厂站机组开机台数相同的组合；

26、对所述梯级流域发电机组排列组合进行优选时，采用流量平衡原则，即对组合数中发电机组台数之和相同的情况，采用开机台数标准差对每个组合数中电站开机数之和相同的组合进行筛选，仅保留标准差最小的组合，该组合为最优开机组合。

27、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：日内梯级各电站的机组自动开停机曲线的获取包括，

28、根据光伏的日前预测数据、调度次日发电计划，计算日内的96点梯级各电站的机组自动开停机曲线，根据光伏的超短期预测数据、调度日内发电计划，计算出当前时刻至未来4小时内日内的梯级各电站的机组超短期48点自动开停机曲线，并进行滚动计算和实时更新；

29、对日内和超短期自动开停机曲线进行优化，消除1小时内的不合理开停机，即如果开机，则1小时内不允许有再次停机操作；如果停机，则必须1小时内没有再次开机操作。

30、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：所述梯级水光协同控制策略包括，

31、根据电力调度机构下发的梯级水光日内发电计划曲线的设定值进行梯级水电与光伏的负荷分配；

32、当所述日内发电计划曲线的设定值增加时，优先增加光伏出力，再增加梯级水电出力，即当所述日内发电计划曲线的设定值增加，且时：

33、若，则由光伏承担发电计划出力的增加，即

34、 ；

35、其中，表示日内发电计划曲线设定值的变化量，表示日内发电计划曲线设定值的变化死区， pvl表示光伏电站所有逆变器在当前气象条件下的可调出力下限之和， pvpset表示光伏电站逆变器或数采装置的负荷分配值， pvh表示光伏电站所有逆变器在当前气象条件下的可调出力上限之和，表示新的日内发电计划曲线设定时刻的光伏电站出力设定值；

36、若，则由梯级水电和光伏共同承担发电计划出力的增加，即

37、 ；

38、其中，表示新的日内发电计划曲线设定时刻的梯级水电出力设定值， caspset表示梯级水电机组的负荷分配值；

39、当所述日内发电计划曲线的设定值减少时，优先降低梯级水电出力，再降低光伏出力，即当所述日内发电计划曲线的设定值减少，且时：

40、若，则由梯级水电承担发电计划出力的降低，即

41、 ；

42、若，则由梯级水电和光伏共同承担发电计划出力的降低，即

43、。

44、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：梯级水电负荷分配策略包括，

45、在当前水头、发电机组组合及机组振动区条件下，构建梯级水电的全功率调节范围，所述全功率调节范围由当前可调区间、上升可调区间和下降可调区间组成，且每个可调区间内梯级水电的功率调节都是连续的；

46、若梯级水电的全功率调节范围是连续的，则当前可调区间、上升可调区间和下降可调区间重叠为同一个可调区间，否则当前可调区间、上升可调区间和下降可调区间的重叠取决于梯级水电的全功率调节范围的不连续个数；

47、基于水电机组爬坡率原则对水电机组的负荷进行分配，在梯级水电当前可调区间内以水电机组爬坡率成比例原则进行分配，若出现水电机组必须穿越振动区的情况，则以爬坡率优先为原则，由爬坡性能最优及爬坡率最大的机组进行振动区的穿越。

48、作为本发明所述的梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

49、若所述梯级水电机组的负荷分配值位于所述当前可调区间内，则负荷分配策略按照水电机组爬坡率组合数列l2范数的归一化数列成比例原则进行负荷分配，公式表示为：

50、；

51、其中， rmpfl2表示梯级水电发电机组爬坡率数列的 l2范数，表示梯级水电第 i台发电机组的爬坡率，表示梯级水电发电机组爬坡率数列的归一化值，表示新的梯级水电第 i台处于发电态的水电机组的负荷分配值，表示梯级水电第 i台处于发电态的水电机组的负荷分配值；

52、若所述梯级水电机组的负荷分配值位于上升可调区间或下降可调区间内，则优先由调节性能最好爬坡率最大的水电机组快速通过振动区后进行出力的调整，即若所述梯级水电机组的负荷分配值增加后位于上升可调区间内，则梯级水电各机组的负荷分配策略为：

53、；

54、其中，表示梯级水电机组穿越振动区的机组新设定值， nwh表示当前可调区间的上限值，表示梯级水电第 i台水电机组的振动区下限值， k表示梯级水电机组中爬坡率最大的机组序号；

55、若所述梯级水电机组的负荷分配值减少后位于下降可调区间内，则梯级水电各机组的负荷分配策略为：

56、；

57、其中，表示梯级水电第 i台水电机组的振动区的上限值。

58、本发明的第二个目的在于提供一种梯级水电与光伏协同运行的超前预测控制系统，包括：

59、数据采集单元，用于系统通过光伏电站的光伏预测系统采集短期和超短期的光伏功率预测数据，根据所述光伏功率预测数据计算日前和超短期光伏预测曲线；

60、优化调度单元，用于利用所述日前和超短期光伏预测曲线，以梯级各电站机组当前状态为初始值，进行梯级水电日内及超短期自动开停机计划的实时制定和滚动更新，实现梯级流域水电机组的自动开机和自动停机；

61、协调控制单元，用于基于协调控制数学模型，应用梯级水光协同控制策略，下发负荷分配指令给梯级各电站的发电机组，实现对梯级水电与光伏出力的协调控制调节；

62、人机接口单元，用于提供运行值班人员与协同运行控制系统的人机交互接口，将总负荷设定曲线、开停机控制指令通过鼠标键盘进行设置，并由控制系统自动执行；

63、远动通信单元，用于实现与电力调度机构的远动通信，上送梯级水光协同运行控制系统及水电站、光伏电站的实时电力信息，并接受调度机构下发的控制调节指令。

64、本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行本发明任一实施例所述方法的步骤。

65、本发明的第四个目的在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，包括：

66、所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述方法的步骤。

67、与现有技术相比，本发明的有益效果为：提升了现有梯级水电与光伏协同经济运行中所存在的联合送出功率的响应时间、调节精度和调节速度，提升梯级水光联合运行的可靠性、稳定性和平滑性，提高梯级水光联合运行的频率和电压质量，降低风光新能源接入时对电网的冲击，并降低大中型水电基地可再生能源的建设成本和运维成本。