一種考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，該方法包括：根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)；計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，建立魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型的約束條件；根據(jù)約束條件，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行魯棒區(qū)間的風(fēng)電調(diào)度。上述方法通過(guò)建立短期風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差與系統(tǒng)頻率波動(dòng)大小的定量關(guān)系，可以對(duì)風(fēng)電波動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性進(jìn)行分析，彌補(bǔ)風(fēng)電有功調(diào)度過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性考慮的不足，還能夠使得在所有可能的風(fēng)電出力變化情況下，系統(tǒng)的頻率波動(dòng)范圍均滿(mǎn)足運(yùn)行要求，并且系統(tǒng)運(yùn)行成本最小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性 的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電出力具有較強(qiáng)隨機(jī)性、間歇性及波動(dòng)性，大規(guī)模風(fēng)電的集中接入給電力系統(tǒng) 正常的有功平衡及頻率控制帶來(lái)了較大挑戰(zhàn)。在風(fēng)電出力突然變化或風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閩等擾動(dòng)情 況下，系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之間將會(huì)產(chǎn)生瞬間較大不平衡量，導(dǎo)致頻率的劇烈波動(dòng)。而受風(fēng)能本身 及異步變速發(fā)電機(jī)特性的影響，風(fēng)電機(jī)組無(wú)法像傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)那樣為系統(tǒng)提供慣性響 應(yīng)及一次調(diào)頻服務(wù)，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)頻率控制的難度。同時(shí)，隨著風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)及優(yōu) 先調(diào)度，傳統(tǒng)火電機(jī)組并網(wǎng)數(shù)量呈逐步下降趨勢(shì)，導(dǎo)致系統(tǒng)慣性水平逐漸降低，反過(guò)來(lái)使得 擾動(dòng)情況下系統(tǒng)頻率波動(dòng)進(jìn)一步增大。在美國(guó)，F(xiàn)ERC和邸COT已經(jīng)開(kāi)始研究大規(guī)模風(fēng)電接入 對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響，并將系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性作為可再生能源并網(wǎng)容量的評(píng)估因素之 一。已有的研究結(jié)果也表明，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將會(huì)惡化系統(tǒng)的慣性及一次頻率響應(yīng)，危及系 統(tǒng)的安全性，需要系統(tǒng)提供更有效的風(fēng)電控制策略及更多的慣性支持。
[0003] 目前關(guān)于大規(guī)模風(fēng)電接入下的系統(tǒng)備用優(yōu)化問(wèn)題已有較多研究，但關(guān)于大規(guī)模風(fēng) 電接入下的系統(tǒng)頻率安全問(wèn)題研究較少。由于旋轉(zhuǎn)備用一般需要相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間周期（5~ lOmin)才能激活W平衡發(fā)電負(fù)荷供需偏差，在突然擾動(dòng)如風(fēng)電出力突變或風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閩發(fā)生 時(shí)，只能依靠系統(tǒng)慣性或提前限制風(fēng)電出力W降低瞬時(shí)功率不平衡量大小來(lái)阻止系統(tǒng)頻率 下降幅度。因此，亟需一種風(fēng)電調(diào)度方法，用W研究提前如何控制風(fēng)電出力W滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí) 運(yùn)行對(duì)頻率安全的要求，或者說(shuō)在當(dāng)前的系統(tǒng)慣性及風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差水平下，最大接納多少 風(fēng)電能夠仍然滿(mǎn)足系統(tǒng)頻率波動(dòng)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電集中接入情況下，由于系統(tǒng)慣性不足及風(fēng)電出力突然波動(dòng) 導(dǎo)致的系統(tǒng)頻率安全問(wèn)題，提出一種能夠考慮發(fā)電機(jī)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電 滾動(dòng)調(diào)度模型，用于進(jìn)行風(fēng)電調(diào)度。
[0005] 具體的，本發(fā)明提出的考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，包 括:步驟1，根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得電力系統(tǒng)頻 率響應(yīng)特性數(shù)據(jù);步驟2，計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù);步驟3，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響 應(yīng)特性數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，建立魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型的約束條件;步 驟4，根據(jù)約束條件，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行魯棒區(qū)間的風(fēng)電調(diào)度。
[0006] 本發(fā)明提出的考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，能夠建立短 期風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差與系統(tǒng)頻率波動(dòng)大小的定量關(guān)系，對(duì)風(fēng)電波動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性 進(jìn)行分析，彌補(bǔ)風(fēng)電有功調(diào)度過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性考慮的不足。并且能夠使得在所 有可能的風(fēng)電出力變化情況下，系統(tǒng)的頻率波動(dòng)范圍均滿(mǎn)足運(yùn)行要求，并且系統(tǒng)運(yùn)行成本 最小。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0008] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法流 程圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩關(guān)系的傳遞函數(shù)示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的調(diào)速器速度和轉(zhuǎn)矩關(guān)系的傳遞函數(shù)示意圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)電機(jī)及負(fù)荷的綜合頻率響應(yīng)特性示意圖。
[0012] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)電機(jī)及調(diào)速器參數(shù)取值表。
[0013] 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的考慮系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間調(diào)度結(jié)果示意圖。
[0014] 圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的擾動(dòng)下系統(tǒng)頻率波動(dòng)過(guò)程對(duì)比示意圖。
[0015] 圖8為本發(fā)明一實(shí)施例的不同Γ值下的風(fēng)電最大允許出力區(qū)間對(duì)比示意圖。
[0016] 圖9為本發(fā)明一實(shí)施例的不同Γ值下的系統(tǒng)運(yùn)行成本表。
【具體實(shí)施方式】
[0017] W下配合圖示及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所 采取的技術(shù)手段。
[0018] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法流 程圖。其中，該方法包括：
[0019] 步驟S101，根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得電 力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)；
[0020] 步驟S102,計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0021] 步驟S103,根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，建 立魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型的約束條件；
[0022] 步驟S104,根據(jù)約束條件，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行魯棒區(qū)間的風(fēng)電調(diào)度。
[0023] 具體的，在步驟1中，首先需要獲取發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性、負(fù)荷頻率響應(yīng)特性。
[0024] 發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性的獲取方法如下：
[0025] 在系統(tǒng)遭受突然擾動(dòng)情況下，作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的各種機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩 出現(xiàn)不平衡，系統(tǒng)頻率開(kāi)始W-定速率波動(dòng)，運(yùn)可W通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程來(lái)獲得：
[0026]
[0027]當(dāng)風(fēng)電出力或負(fù)荷需求發(fā)生突然變化時(shí)，將反映到發(fā)電機(jī)輸出的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩Te的變 化，引起機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm和電動(dòng)轉(zhuǎn)矩Te的不匹配，反過(guò)來(lái)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度的變化。假定 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下的初始機(jī)械轉(zhuǎn)矩及電磁轉(zhuǎn)矩分別為T(mén)m0、Te0,則上式可W進(jìn)一步表示 為：
[002引
[0029] 其中，上式中物理量均為標(biāo)么值形式。該算式可W通過(guò)圖2所示的傳遞函數(shù)表示， 其中，Η為轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù)。
[0030] 進(jìn)一步的，考慮調(diào)速器的控制作用，調(diào)速器實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω并同同步轉(zhuǎn)速ω 0 進(jìn)行比較，速度偏差被積分放大后形成控制信號(hào)，用來(lái)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的主供蒸汽通道的閥口 或水輪機(jī)的閩口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)械功率大小的控制作用。運(yùn)一調(diào)節(jié)過(guò)程可W通過(guò)圖3 所示的傳遞函數(shù)表示。其中，R為調(diào)速器的速度調(diào)節(jié)率;Tg為伺服時(shí)間常數(shù);Trh為再熱器時(shí)間 常數(shù);Fhp為高壓滿(mǎn)輪級(jí)功率占汽輪機(jī)總功率的比例系數(shù);TCH為主進(jìn)汽容積和汽室的時(shí)間常 數(shù)。
[0031 ]負(fù)荷的頻率響應(yīng)特性的獲取方法如下：
[0032] 負(fù)荷的頻率響應(yīng)特性與其種類(lèi)相關(guān):像照明和加熱負(fù)荷之類(lèi)的電阻型負(fù)荷，其電 功率與頻率無(wú)關(guān);但像電機(jī)和累類(lèi)的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，其轉(zhuǎn)速將隨頻率的波動(dòng)而變化，導(dǎo)致輸出 的電功率隨之變化。因此，負(fù)荷對(duì)頻率變化的響應(yīng)特性可近似表示為W上兩種形式之和：
[0033] APe= APl+DA ω ；
[0034] 其中，Δ Pl為對(duì)頻率不敏感的負(fù)荷部分;DA ω為對(duì)頻率敏感的負(fù)荷部分;D為負(fù)荷 阻尼系數(shù)。
[0035] 電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)的獲取方法如下：
[0036] 由上述計(jì)算獲得的發(fā)電機(jī)及負(fù)荷綜合頻率響應(yīng)特性可知，發(fā)電機(jī)及負(fù)荷的綜合頻 率響應(yīng)特性可W通過(guò)圖4所示的傳遞函數(shù)表示。
[0037] 由圖4可知，電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)的算式如下：
[00；3 引
[0039] 其中，^為電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，R為調(diào)速器的速度調(diào)節(jié)率，Tg為伺服時(shí)間 常數(shù)，Trh為再熱器時(shí)間常數(shù)，F(xiàn)hp為高壓滿(mǎn)輪級(jí)功率占汽輪機(jī)總功率的比例系數(shù)，TcH為主進(jìn) 汽容積和汽室的時(shí)間常數(shù)，Η為轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù)，D為負(fù)荷阻尼系數(shù)，S為微分算子， A Pl為對(duì)頻率不敏感的負(fù)荷部分響應(yīng)特性數(shù)據(jù)；
[0040] 其中，調(diào)速器響應(yīng)特性受Trh影響最大，其通常取值為6~12s;而Tg、Tch取值在0.2~ 0.3s左右，影響相對(duì)較小，可W忽略。
[0041] 同時(shí)，可W進(jìn)一步將式（1)擴(kuò)展為多機(jī)電力系統(tǒng)，多機(jī)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù) 的算式如下：
[0042]
[0043] 其中，N為系統(tǒng)中常規(guī)發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)。
[0044] 由式(2)可見(jiàn)，擾動(dòng)初始階段頻率變化大小主要取決于擾動(dòng)及系統(tǒng)慣性大小。在大 規(guī)模風(fēng)電接入情況下，擾動(dòng)主要指的是風(fēng)電出力的突然波動(dòng)及風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閩故障；而系統(tǒng)慣 性不僅包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性時(shí)間常數(shù)，也包括再熱器時(shí)間常數(shù)、調(diào)速器的速度調(diào)節(jié)常數(shù) 及負(fù)荷的阻尼常數(shù)。
[0045]進(jìn)一步的，通過(guò)研究表明，由于頻率對(duì)Trh靈敏度較小，為計(jì)算方便，設(shè)定所有再熱 器時(shí)間常數(shù)均為T(mén)，同時(shí)，
[0053] 在步驟2中，計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，包括：
[0054] 運(yùn)行成本包括常規(guī)火電機(jī)組的煤耗成本及最小棄風(fēng)要求下的系統(tǒng)棄風(fēng)成本，其 中，運(yùn)行成本的算式如下：
[0化5]
[0056] 其中：為第i臺(tái)火電機(jī)組在第t時(shí)段的出力計(jì)劃，ai、bi、ci為預(yù)設(shè)系數(shù)，片;'胃 為調(diào)度過(guò)程中允許的風(fēng)電最大出力，顆為風(fēng)電預(yù)測(cè)最大出力。
[0057] 根據(jù)等微增率原則，當(dāng)滿(mǎn)足λ^>〇時(shí)實(shí)現(xiàn)最小棄風(fēng)的目的，通過(guò)式(5)計(jì)算獲得系 統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)。
[005引在步驟3中，約束條件包括：
[0059] 1、最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)頻率安全約束用W下算式表示：
[0060]
[0061] 其中，Γ e[0，l]，為總風(fēng)電出力的不確定度因子；每聲、Δ片尸分別為由于風(fēng)能隨 機(jī)波動(dòng)及風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閩導(dǎo)致的風(fēng)電場(chǎng)出力變化量；Δ涼為調(diào)度過(guò)程中允許的系統(tǒng)頻率最大變 化量;Gwind為風(fēng)電機(jī)組集合;Wcwind為所有并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集電線(xiàn)路的條數(shù);m為最大容許的集 電線(xiàn)路跳閩條數(shù);巧為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量;為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)第k條集電線(xiàn)路的裝 機(jī)容量;η/,為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的第k條集電線(xiàn)路在第t時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài):正常運(yùn)行時(shí)取1，事故 跳閩時(shí)取0。
[0062] 其中，式(6-1)為單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力變化的上下限約束，其中將第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力 上下限分別表示為場(chǎng)內(nèi)所有運(yùn)行集電線(xiàn)路出力上下限的總和，近似認(rèn)為集電線(xiàn)路按裝機(jī)容 量分配出力；
[0063] 式(6-2)是由于風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閩導(dǎo)致的風(fēng)場(chǎng)出力變化范圍約束；
[0064] 式(6-3)是對(duì)系統(tǒng)所有集電線(xiàn)路最大允許跳閩條數(shù)的約束；
[0065] 式(6-4)是對(duì)集電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的取值范圍約束；
[0066] 式(6-5)是對(duì)全網(wǎng)所有風(fēng)電場(chǎng)出力瞬時(shí)最大突變量的約束；
[0067] 其中，不確定度因子Γ的取值反映了系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性之間的權(quán)衡，Γ越 大則解越保守，系統(tǒng)安全性越高而經(jīng)濟(jì)性越差;反之越樂(lè)觀。
[0068] 當(dāng)Γ =0時(shí)，表明在調(diào)度過(guò)程中不考慮風(fēng)電出力不確定性的影響，模型退化為傳統(tǒng) 的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。
[0069] Γ=1表明在調(diào)度過(guò)程中考慮了所有可能的風(fēng)電出力情況，此時(shí)將得到最保守的 調(diào)度結(jié)果。
[0070] 2、風(fēng)電出力上下限約束用W下算式表示：
[0071] 在考慮棄風(fēng)因素時(shí)，調(diào)度過(guò)程中允許的風(fēng)電出力計(jì)劃上下限不高于風(fēng)電預(yù)測(cè)出力 區(qū)間上下限，
[0074] 其中，茲為風(fēng)電預(yù)測(cè)最小出力;姆'胃為風(fēng)電允許最小出力。
[0075] 3、最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)旋備裕度約束用W下算式表示：
[0078] 其中，ut、dt分別為第t時(shí)段的系統(tǒng)最小上、下旋備裕度;pi,t及化V巧或分別為第i 臺(tái)火電機(jī)組在第t時(shí)段的出力計(jì)劃及上、下旋備容量;場(chǎng);'3、pf分別為兩種場(chǎng)景下的風(fēng)電 出力值;Dt為第t時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷需求;Gc。。為傳統(tǒng)機(jī)組集合。
[0079] 4、最?lèi)毫訄?chǎng)景下的傳輸斷面安全約束用W下算式表示：
[0080]
[0081]
[00劇其中，1為斷面編號(hào)，1 = 1，2,…，L，L為總斷面數(shù);ki功第i臺(tái)機(jī)組對(duì)第1個(gè)斷面的靈 敏度；的'5、好'6分別為兩種場(chǎng)景下的風(fēng)電出力。
[0083] 5、常規(guī)機(jī)組的旋備容量約束用W下算式表示：
) 4)
[0086] 其中，r為采樣間隔。
[0087] 6、常規(guī)機(jī)組的出力限值約束用W下算式表示：
[008引堅(jiān)<化，<巧； （I5)
[0089] 其中，5、￡1分別為常規(guī)機(jī)組的出力上下限。
[0090] 7、常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束用W下算式表示：
[0091] pi,t-i-A pd,iT < Pit < Pi,t-i+ A pu,iT ； (16)
[0092] 其中，Δρυι、Apdi分別為常規(guī)機(jī)組向上及向下的爬坡率。
[0093] 本發(fā)明對(duì)風(fēng)電機(jī)組控制采用魯棒區(qū)間控制模式。風(fēng)電出力區(qū)間的選擇一方面應(yīng)滿(mǎn) 足經(jīng)濟(jì)性方面的最小棄風(fēng)要求，另一方面應(yīng)滿(mǎn)足最?lèi)毫语L(fēng)電出力情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性 要求。據(jù)此建立如下考慮發(fā)電機(jī)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型。
[0094] 魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型（式(5)-式（16))的解是求得運(yùn)樣的一個(gè)最優(yōu)火電出力計(jì) 劃值Pit及風(fēng)電最高出力區(qū)間[試'胃.片rax]，它使得在該種計(jì)劃安排方式下，系統(tǒng)總是有足夠 的裕度W應(yīng)對(duì)由于風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差或風(fēng)機(jī)線(xiàn)故障跳閩導(dǎo)致的系統(tǒng)頻率波動(dòng)、備用不足及斷面 傳輸功率越限等系統(tǒng)安全問(wèn)題，且在該種計(jì)劃安排方式下系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。
[00M]可W看出，魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型（式(5)-式（16))為雙層混合整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，上 下層優(yōu)化模型通過(guò)風(fēng)電最高出力區(qū)間變量存在禪合，無(wú)法直接求解。但該模型的特點(diǎn)為下 層優(yōu)化問(wèn)題為線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，且下層優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)W約束條件的形式參與到上層優(yōu) 化過(guò)程中。因此，根據(jù)線(xiàn)性規(guī)劃的性質(zhì)及強(qiáng)對(duì)偶原理，可將下層優(yōu)化問(wèn)題的整數(shù)變量擴(kuò)展為 [0，1]區(qū)間上的連續(xù)變量，同時(shí)可將下層優(yōu)化問(wèn)題用其對(duì)偶問(wèn)題等價(jià)替換，運(yùn)樣就可W將原 問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單層的二次規(guī)劃問(wèn)題，并可方便采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解。
[0096] W下結(jié)合步驟4,根據(jù)約束條件，對(duì)一具體研究對(duì)象進(jìn)行魯棒區(qū)間的風(fēng)電調(diào)度。
[0097] WIE趾RTS系統(tǒng)為研究對(duì)象，將#13母線(xiàn)處的#14機(jī)組替換為一個(gè)裝機(jī)容量為 600MW的#1風(fēng)電場(chǎng)，同時(shí)，在#7母線(xiàn)處添加一個(gè)裝機(jī)容量為350MW的#2風(fēng)電場(chǎng)。常規(guī)發(fā)電機(jī)爬 坡率取為額定容量的1%，采樣間隔為5min。負(fù)荷阻尼系數(shù)D=l，T = 8s，發(fā)電機(jī)及調(diào)速器參 數(shù)取值可參考圖5所示。
[0098] 1、對(duì)Γ取值0.4, Δ忍取值0.2Hz，此時(shí)，考慮與不考慮系統(tǒng)頻率約束時(shí)的風(fēng)電最大 允許出力區(qū)間如圖6所示。
[0099] 從圖6可W看出，當(dāng)考慮系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性時(shí)，風(fēng)電最大允許出力區(qū)間在大部分時(shí) 段與不考慮系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性時(shí)基本相同，在部分風(fēng)電出力區(qū)間變化較大時(shí)段(時(shí)段3、時(shí) 段12有所降低，運(yùn)主要是為防止突然的風(fēng)電出力波動(dòng)造成系統(tǒng)頻率超出正常調(diào)度允許范 圍。W時(shí)段12為例，在圖6的兩種風(fēng)電出力計(jì)劃情況下，當(dāng)風(fēng)電出力發(fā)生突然波動(dòng)時(shí)，考慮與 不考慮系統(tǒng)頻率約束時(shí)的系統(tǒng)最大頻率波動(dòng)過(guò)程如圖7所示，其中仿真時(shí)段長(zhǎng)度取為20s， 仿真步長(zhǎng)0.1 s。
[0100] 由圖7可見(jiàn)，當(dāng)考慮系統(tǒng)頻率響應(yīng)時(shí)，擾動(dòng)情況下，系統(tǒng)頻率波動(dòng)最大值為-0.2化， 在擾動(dòng)發(fā)生約10s左右，系統(tǒng)頻率達(dá)到穩(wěn)定值;而不考慮系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性時(shí)，擾動(dòng)下系統(tǒng) 頻率波動(dòng)最大值將達(dá)到-0.8化，已超出正常運(yùn)行情況下的電網(wǎng)頻率安全性要求。
[0101] 2、對(duì)A竊取值0.2Hz，不確定度因子Γ分別取值0.2、0.5、0.9，此時(shí)，風(fēng)電最大允許 出力區(qū)間如圖8所示，系統(tǒng)運(yùn)行成本如圖9所示。
[0102] 由圖8可見(jiàn)，隨著Γ值的增大，風(fēng)電最大允許出力區(qū)間上限逐漸降低，同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn) 行成本增加，運(yùn)與第2部分中對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性的權(quán)衡結(jié)論基本一致。
[0103] 本發(fā)明提出的考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，能夠建立短 期風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差與系統(tǒng)頻率波動(dòng)大小的定量關(guān)系，對(duì)風(fēng)電波動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性 進(jìn)行分析，彌補(bǔ)風(fēng)電有功調(diào)度過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性考慮的不足。并且能夠使得在所 有可能的風(fēng)電出力變化情況下，系統(tǒng)的頻率波動(dòng)范圍均滿(mǎn)足運(yùn)行要求，并且系統(tǒng)運(yùn)行成本 最小。
[0104] W上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，其特征在于，該方法包 括： 步驟1，根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得電力系統(tǒng)頻 率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)； 步驟2，計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)； 步驟3,根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，建立魯棒區(qū) 間風(fēng)電調(diào)度模型的約束條件； 步驟4，根據(jù)約束條件，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行魯棒區(qū)間的風(fēng)電調(diào)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟1中，根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù) 及負(fù)荷頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，包括： 電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)的算式如下： Αω其中，?為電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，R為調(diào)速器的速度調(diào)節(jié)率，TC為伺服時(shí)間常 數(shù)，TRH為再熱器時(shí)間常數(shù)，F(xiàn)hp為高壓渦輪級(jí)功率占汽輪機(jī)總功率的比例系數(shù)，TCH為主進(jìn)汽 容積和汽室的時(shí)間常數(shù)，Η為轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣性時(shí)間常數(shù)，D為負(fù)荷阻尼系數(shù)，s為微分算子，△ 為對(duì)頻率不敏感的負(fù)荷部分響應(yīng)特性數(shù)據(jù)； 將式(1)擴(kuò)展為多機(jī)電力系統(tǒng)，多機(jī)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù)據(jù)的算式如下：其中，N為系統(tǒng)中常規(guī)發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，由于頻率對(duì)TRH靈敏度較小，為計(jì)算方便，設(shè) 定所有再熱器時(shí)間常數(shù)均為T(mén)，同時(shí)，則Α ω的時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)表示為：對(duì)Δ co(t)求導(dǎo)獲得最大值為： ,ι \ -· \ y4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟2中，計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的 目標(biāo)數(shù)據(jù)，包括： 運(yùn)行成本包括常規(guī)火電機(jī)組的煤耗成本及最小棄風(fēng)要求下的系統(tǒng)棄風(fēng)成本，其中，運(yùn) 行成本的算式如下：其中：Pi,t、Pit73弟1HX電機(jī)狃仕弟t叮扠的出刀劃，ai、bi、Ci73?貝墳系雙，Wna'為調(diào) 度過(guò)程中允許的風(fēng)電最大出力，冗為風(fēng)電預(yù)測(cè)最大出力； 根據(jù)等微增率原則，當(dāng)滿(mǎn)足\>0時(shí)實(shí)現(xiàn)最小棄風(fēng)的目的，通過(guò)式(5)計(jì)算獲得系統(tǒng)運(yùn)行 成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟3中，根據(jù)電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性數(shù) 據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行成本最小的目標(biāo)數(shù)據(jù)，建立魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度模型的約束條件，其中，約束條 件包括:最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)頻率安全約束、風(fēng)電出力上下限約束、最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)旋 備裕度約束、最?lèi)毫訄?chǎng)景下的傳輸斷面安全約束、常規(guī)機(jī)組的旋備容量約束、常規(guī)機(jī)組的出 力限值約束、常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)頻率安全約束用 以下算式表示： 其中，Γ e[0，l]，為總風(fēng)電出力的不確定度因子;Δρ》'1、Δρ》'2分別為由于風(fēng)能隨機(jī)波動(dòng) 及風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閘導(dǎo)致的風(fēng)電場(chǎng)出力變化量;為調(diào)度過(guò)程中允許的系統(tǒng)頻率最大變化量； Gwi nd為風(fēng)電機(jī)組集合；Μ:，w i n d為所有并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)集電線(xiàn)路的條數(shù);m為最大容許的集電線(xiàn)路 跳閘條數(shù);巧為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量;g為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)第k條集電線(xiàn)路的裝機(jī)容 量;為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的第k條集電線(xiàn)路在第t時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài):正常運(yùn)行時(shí)取1，事故跳閘 時(shí)取〇; 其中，式(6-1)為單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出力變化的上下限約束，其中將第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力上下 限分別表示為場(chǎng)內(nèi)所有運(yùn)行集電線(xiàn)路出力上下限的總和，近似認(rèn)為集電線(xiàn)路按裝機(jī)容量分 配出力； 式(6-2)是由于風(fēng)機(jī)線(xiàn)跳閘導(dǎo)致的風(fēng)場(chǎng)出力變化范圍約束； 式(6-3)是對(duì)系統(tǒng)所有集電線(xiàn)路最大允許跳閘條數(shù)的約束； 式(6-4)是對(duì)集電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的取值范圍約束； 式(6-5)是對(duì)全網(wǎng)所有風(fēng)電場(chǎng)出力瞬時(shí)最大突變量的約束； 其中，不確定度因子F的取值反映了系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性之間的權(quán)衡，F(xiàn)越大則 解越保守，系統(tǒng)安全性越高而經(jīng)濟(jì)性越差；當(dāng)Γ =0時(shí)，表明在調(diào)度過(guò)程中不考慮風(fēng)電出力 不確定性的影響，模型退化為傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型；r =1表明在調(diào)度過(guò)程中考慮了所有可 能的風(fēng)電出力情況，此時(shí)將得到最保守的調(diào)度結(jié)果。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述風(fēng)電出力上下限約束用以下算式表 示： 在考慮棄風(fēng)因素時(shí)，調(diào)度過(guò)程中允許的風(fēng)電出力計(jì)劃上下限不高于風(fēng)電預(yù)測(cè)出力區(qū)間 上下限，其中，拉為風(fēng)電預(yù)測(cè)最小出力#;rn為風(fēng)電允許最小出力。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述最?lèi)毫訄?chǎng)景下的系統(tǒng)旋備裕度約束用 以下算式表示：其中，ut、dt分別為第t時(shí)段的系統(tǒng)最小上、下旋備裕度;Pl, t及分別為第i臺(tái)火電 機(jī)組在第t時(shí)段的出力計(jì)劃及上、下旋備容量;分別為兩種場(chǎng)景下的風(fēng)電出力值； Dt為第t時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷需求;G_為傳統(tǒng)機(jī)組集合。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述最?lèi)毫訄?chǎng)景下的傳輸斷面安全約束用 以下算式表示：其中，1為斷面編號(hào)，1 = 1，2,…，L，L為總斷面數(shù);ku為第i臺(tái)機(jī)組對(duì)第1個(gè)斷面的靈敏 度、Pf分別為兩種場(chǎng)景下的風(fēng)電出力。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述常規(guī)機(jī)組的旋備容量約束用以下算 式表示： 其中，f為采樣間隔。11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述常規(guī)機(jī)組的出力限值約束用以下算 式表示：其中，萬(wàn)、￡1分別為常規(guī)機(jī)組的出力上下限。12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束用以下算式 表不： Pi，t-1_ A Pd，iT S Pit S Pi, t-1+ A Pu，iT ; ( 16 ) 其中，Δ Pui、Δ Pdl分別為常規(guī)機(jī)組向上及向下的爬坡率。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK105870962SQ201610195678
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】陳建華, 郭子明, 張昊
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司