本發(fā)明涉及電力傳輸領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于遠海風(fēng)電集群的多端直流系統(tǒng)靈活性規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、從海上風(fēng)電開發(fā)情況來看，其呈現(xiàn)出明顯的集群化、深遠?；卣?，多端柔性直流輸電(vsc-mtdc)方式在遠距離、大容量功率傳輸中具有經(jīng)濟性、可控性等優(yōu)勢，被認為是未來大容量遠距離海上風(fēng)電集群功率外送的重要選擇。vsc-mtdc系統(tǒng)從波動性分配與控制的角度為海上風(fēng)電并網(wǎng)提供了另一種靈活性調(diào)節(jié)手段。如何規(guī)劃科學(xué)合理的海上風(fēng)電集群vsc-mtdc并網(wǎng)系統(tǒng)，提升大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)靈活性，已成為大規(guī)模、高比例海上風(fēng)電并網(wǎng)與消納亟待解決的問題之一。

2、現(xiàn)有的海上風(fēng)電場交流系統(tǒng)規(guī)劃的以經(jīng)濟性為主要目標(biāo)。由于海上風(fēng)電vsc-mtdc系統(tǒng)規(guī)劃作為電氣系統(tǒng)規(guī)劃受系統(tǒng)運行控制方式與控制參數(shù)耦合影響，亟需從優(yōu)化規(guī)劃的視角，分析vsc-mtdc系統(tǒng)規(guī)劃與控制方式、控制性能、以及隨機場景下穩(wěn)定運行區(qū)間及運行靈活性邊界之間的耦合關(guān)系，建立包括并網(wǎng)功率靈活性的海上風(fēng)電vsc-mtdc系統(tǒng)規(guī)劃模型與方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于遠海風(fēng)電集群的多端直流系統(tǒng)靈活性規(guī)劃方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種用于遠海風(fēng)電集群的多端直流系統(tǒng)靈活性規(guī)劃方法，還包括以下步驟：

4、s1：獲取給定海域的風(fēng)速概率密度分布情況、風(fēng)電場機組位置坐標(biāo)和公共耦合點位置坐標(biāo)，構(gòu)建多端直流系統(tǒng)模型；

5、s2：根據(jù)風(fēng)電場機組位置坐標(biāo)，通過多端直流系統(tǒng)模型，進行基于模糊聚類的海上整流站選址定容優(yōu)化，制定單位靈活性成本最低的規(guī)劃方案，規(guī)劃方案包括海上風(fēng)電電站發(fā)電量、陸上逆變站有功指令值和海上整流站的位置；

6、s3：根據(jù)規(guī)劃方案和風(fēng)速概率密度分布情況，基于蒙特卡洛抽樣構(gòu)造風(fēng)電功率波動場景；

7、s4：在規(guī)劃方案和風(fēng)電功率波動場景的基礎(chǔ)上，當(dāng)海上風(fēng)電電站發(fā)電量與陸上逆變站有功指令值存在偏差時，進行包括換流站控制模式變化的穩(wěn)態(tài)運行點計算；若計算結(jié)果為各換流站均進入限流模式或存在電壓越限，則規(guī)劃方案不合理，返回s2重新制定規(guī)劃方案；否則，輸出最優(yōu)規(guī)劃方案。

8、進一步地，多端直流系統(tǒng)模型包括系統(tǒng)穩(wěn)定靈活運行域ωdr，系統(tǒng)穩(wěn)定靈活運行域由設(shè)備運行可行域ωre與系統(tǒng)穩(wěn)定運行域ωsd兩部分構(gòu)成，多端直流系統(tǒng)模型的表達式包括：

9、

10、s.t.ωdr＝ωre∩ωsd

11、式中，ft表示所有并網(wǎng)點有功功率運行上下限的差值，為穩(wěn)定靈活運行域ωdr約束下?lián)Q流站i在t時刻的有功功率運行上限，為穩(wěn)定靈活運行域ωdr約束下?lián)Q流站i在t時刻的有功功率運行下限。

12、進一步地，設(shè)備運行可行域包括的約束的表達式為：

13、idc＝[y]udc

14、

15、式中，idc表示換流站的運行電流，udc表示換流站的運行電壓，[y]為導(dǎo)納矩陣；為換流站i與換流站j間海纜上流過的電流，is,max為海纜載流量上限；pi為第i個換流站輸出的有功功率，為第i個換流站的額定有功功率；為換流站i的運行電壓下限，為換流站i的運行電壓上限；為換流站i的運行電流限幅值。

16、進一步地，多端直流系統(tǒng)模型采用主從控制策略時，主從控制模式表示為：

17、

18、式中，m、n和q分別表示定電壓控制換流站、定有功功率控制換流站及風(fēng)電場側(cè)換流站的數(shù)量；uref_conv,1為定電壓控制換流站的電壓參考值；udc_conp和pref_conp為定有功功率控制換流站的電壓與有功功率參考值；udc_wf和pwfn為風(fēng)電場換流站的電壓與額定有功功率，kf為風(fēng)電場換流站有功頻率控制器的斜率參數(shù)，f和fn分別為風(fēng)電場側(cè)交流系統(tǒng)的實時頻率和額定頻率，當(dāng)風(fēng)電場系統(tǒng)頻率為額定值時，即f＝fn。

19、進一步地，多端直流系統(tǒng)模型采用下垂控制策略時，下垂控制模式表示為：

20、

21、式中，m、n和q分別表示定電壓控制換流站、定有功功率控制換流站及風(fēng)電場側(cè)換流站的數(shù)量，pref_condroop,p為第p個下垂控制站的功率，dp為第p個下垂控制站的下垂控制系數(shù)，uref_condroop,p為第p個下垂控制站電壓參考值，udc_condroop,n為下垂控制站電壓實際值，kf為風(fēng)電場換流站有功頻率控制器的斜率參數(shù)，f和fn分別為風(fēng)電場側(cè)交流系統(tǒng)的實時頻率和額定頻率，當(dāng)風(fēng)電場系統(tǒng)頻率為額定值時，即f＝fn。

22、進一步地，系統(tǒng)穩(wěn)定運行域包括的約束的表達式為：

23、dcon,j,min≤dcon,j≤dcon,j,min

24、maxre{λ[asys(dcon,j)]}<0

25、式中，dcon,j代表換流站j的控制參數(shù)，其取值需要在換流站控制參數(shù)的可行范圍[dcon,j,min,dcon,j,max]內(nèi)，控制參數(shù)的取值邊界受換流站設(shè)計容量影響；asys為受控制參數(shù)影響的直流系統(tǒng)狀態(tài)空間矩陣，λ(asys)為狀態(tài)空間矩陣的特征值；re(λ)表示對特征值λ取實部。

26、進一步地，多端直流系統(tǒng)模型包括上層和下層，上層為規(guī)劃決策層，以經(jīng)濟性和靈活性為優(yōu)化目標(biāo)，以換流站位置、換流站容量、拓撲接線、電纜型號為決策變量，確定多端直流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲，并將規(guī)劃方案傳遞到下層；下層為運行模擬層，在上層確定的網(wǎng)絡(luò)拓撲中進行功率波動場景下的運行模擬，以校驗功率波動后控制指令與實際出力不匹配時規(guī)劃方案的可行性，并將校驗結(jié)果返回上層。

27、進一步地，規(guī)劃決策層的表達式為：

28、

29、式中，優(yōu)化目標(biāo)中的總成本ctotal由海上換流站成本coff、陸上換流站成本con、電纜成本ccable以及全生命周期內(nèi)的棄風(fēng)損失成本cwp四項構(gòu)成，和分別表示第i個海上/陸上換流站的換流閥設(shè)備成本，和表示第i個海上/陸上換流站配套電氣設(shè)備與控保裝置等費用，表示第i個海上換流站海上平臺造價，ccable,k,ij為連接換流站i與換流站j的海纜k的單位長度成本，lij表示海纜長度，n表示規(guī)劃場景數(shù)量，αt表示第t個風(fēng)速場景的發(fā)生概率，cw為海上風(fēng)電的上網(wǎng)電價，non為陸上換流站數(shù)量，noff、xoff,i、yoff,i分別表示海上換流站的數(shù)量及位置坐標(biāo)，poff,i和pon,j表示海上/陸上換流站的容量，dnet表示海上直流線路的鄰接矩陣，sk表示海纜型號，nwf為海上風(fēng)電場數(shù)量，ase表示海上換流站的可規(guī)劃區(qū)域，pwf,m表示風(fēng)電場m的輸出功率，scable為直流海纜候選集合。

30、進一步地，運行模擬層的計算表達式為：

31、

32、式中，idc′與udc′分別表示風(fēng)電功率波動場景下?lián)Q流站的電流與電壓矩陣，他們同樣需要滿足換流站的運行約束；mod表示換流站的控制方式，表示各換流站的控制模式不全為限流控制模式。

33、進一步地，進行基于模糊聚類的海上整流站選址定容優(yōu)化中，聚類數(shù)量上限為風(fēng)電場數(shù)量。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

35、1)本發(fā)明通過構(gòu)建包含網(wǎng)絡(luò)拓撲、電氣參數(shù)、控制參數(shù)等多因素耦合關(guān)系的多端直流系統(tǒng)模型，從經(jīng)濟性和運行靈活性兩個角度，得到最優(yōu)規(guī)劃結(jié)果，多端直流系統(tǒng)模型通過上層優(yōu)化、下層校驗的過程不斷進行方案優(yōu)化，檢驗規(guī)劃方案在實際控制時的可行性，得到具有高可行性的的系統(tǒng)規(guī)劃結(jié)果。

36、2)本發(fā)明提出的規(guī)劃方法，不僅能保證經(jīng)濟性較優(yōu)，還考慮了電網(wǎng)對大規(guī)模新能源并網(wǎng)的靈活性需求，更符合實際工程需求。