一種考慮動態(tài)頻率約束的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的運行、分析與調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及一種考慮動態(tài)頻率約束 的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組合優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由直流換流站聯(lián)結(jié)，形成了直流孤立電網(wǎng)送電的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成為一種趨勢?；ヂ?lián)系 統(tǒng)中各區(qū)的慣性響應(yīng)、一次調(diào)頻互為支持，系統(tǒng)頻率調(diào)整能力較強。而孤立電網(wǎng)內(nèi)機組數(shù) 少，慣性系數(shù)小，一次調(diào)頻響應(yīng)能力有限。由于光伏電站無旋轉(zhuǎn)部件以及光伏并網(wǎng)逆變器的 隔離，光伏電站無慣性以及一、二次調(diào)頻能力，高滲透率光伏電源接入孤立電網(wǎng)后，無論其 替代部分常規(guī)電源，還是作為新增電源，均會進(jìn)一步削弱系統(tǒng)動態(tài)調(diào)頻能力。含高滲透率光 伏電源的孤立電網(wǎng)遭受緊急事故，頻率的過低或者過高容易導(dǎo)致低頻減載或者高頻切機動 作，嚴(yán)重時將導(dǎo)致全網(wǎng)頻率崩潰。且機組組合優(yōu)化結(jié)果直接決定系統(tǒng)的慣性系數(shù)以及一次 調(diào)頻響應(yīng)能力。相同的故障擾動下，不同的機組組合優(yōu)化結(jié)果對應(yīng)的系統(tǒng)動態(tài)頻率最低點 不同。
[0003] 而目前廣泛采用的機組組合優(yōu)化模型采用的約束條件為系統(tǒng)的有功平衡約束、機 組最大與最小出力約束、機組最小運行與停運持續(xù)時間約束，部分文獻(xiàn)考慮了穩(wěn)態(tài)情況下 的網(wǎng)絡(luò)安全約束，即潮流約束，而機組組合對動態(tài)頻率特性的影響，以及考慮動態(tài)頻率約束 的機組組合已有的文獻(xiàn)尚未涉及。
[0004] 此外，高滲透率光伏電源接入孤立電網(wǎng)面臨動態(tài)調(diào)頻能力不足的風(fēng)險。已有不少 文獻(xiàn)針對光伏電源參與系統(tǒng)調(diào)頻展開討論，得到光伏電源在頻率動態(tài)過程中能快速響應(yīng)改 變出力，提高系統(tǒng)安全性的結(jié)論。而以上研究均是針對光伏電源調(diào)頻的控制策略或是通過 仿真對光伏電源調(diào)頻進(jìn)行探討，并未針對光伏電源通過機組組合所需預(yù)留的調(diào)頻容量進(jìn)行 探討。然而，光伏電源通過機組組合所預(yù)留的調(diào)頻容量直接影響系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性以及系 統(tǒng)的發(fā)電成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有機組組合技術(shù)中缺少考慮動態(tài)頻率約束的問題，從而提供一種考 慮動態(tài)頻率約束的機組組合方法。且現(xiàn)有的光伏電源減載參與調(diào)頻的技術(shù)未有確定光伏調(diào) 頻容量的方法，本發(fā)明提供一個在機組組合中預(yù)留合理的光伏調(diào)頻容量的方法。從而提供 一種兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的考慮動態(tài)頻率約束的孤立電網(wǎng)機組組合方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種考慮動態(tài)頻率約束的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組 合優(yōu)化方法，其特征在于，基于一個光伏電源并網(wǎng)下考慮動態(tài)頻率約束機組組合的優(yōu)化規(guī) 劃模型，該模型基于以下目標(biāo)函數(shù)以及約束條件：
[0007] 所述目標(biāo)函數(shù)定義為系統(tǒng)發(fā)電成本最低，基于：
[0009] 式中N為常規(guī)機組的臺數(shù)，T為研究周期內(nèi)小時數(shù)，Plh為常規(guī)機組i在時段h的 輸出有功功率，f (Plh)為常規(guī)機組i的運行成本，Ulh為常規(guī)機組i在時段h的啟停機狀態(tài)， Uih= 1表示運行，U ih= 0表示停機，用式表示為
為成本函 數(shù)的系數(shù)；Slh為機組i在時段h的啟動成本；
[0010] 所述約束條件為：
[0011] 常規(guī)機組發(fā)電、光伏發(fā)電與負(fù)荷功率平衡約束：
式二；系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)備用容量
式四；機組有功出力上 下限約束P1minS P lh< P Γ5式五；機組有功功率爬坡速率約束D P ^P1 L i式六；最 小啟停時間約束DT, ST;f Λ L、UT； 式八；動態(tài)頻率最低點約束f_ 49. OHz式九； 光伏調(diào)頻備用容量約束
分別為第j個光伏電源、 第h時段的預(yù)測值和調(diào)度值，Rh為第h時段負(fù)荷預(yù)測值大??；P Γ\ ΡΓη分別為機組i的 出力上、下限；為第j個光伏電源預(yù)測誤差百分比為第i臺機組的爬坡上、下限；
分別為第i臺機組在h時段連續(xù)開、停時間；UTp DT1*別為第i臺機組最小開、 停時間；f_ h為第h時段，系統(tǒng)發(fā)電功率損失后動態(tài)頻率的最小值；
為第j個光伏電 源、在h時段的最小調(diào)頻容量；
[0012] 優(yōu)化方法具體包括以下步驟：
[0013] 步驟1 :獲取電力系統(tǒng)的每個發(fā)電機組的機組特性數(shù)據(jù)ΡΓΧ、ΡΓη、Lp Dp UTp DT1; 負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)Plh;光伏電源出力預(yù)測數(shù)據(jù)
[0014] 步驟2 :將優(yōu)化規(guī)劃模型分解成3個相互制約的子問題，分別為無動態(tài)頻率約束以 及光伏調(diào)頻容量約束的機組組合問題SPl、動態(tài)頻率校驗問題SP2、光伏調(diào)頻備用容量校驗 問題SP3 ;
[0015] 步驟3 :計算無動態(tài)頻率約束以及光伏調(diào)頻容量約束的機組組合問題SP1，問題 SPl的目標(biāo)函數(shù)為式一，約束條件為式二至式八，求解子問題SPl獲得當(dāng)前機組啟停方案；
[0016] 步驟4 :子問題SP2為動態(tài)頻率最低點即約束式九的校驗；將步驟3所得機組啟停 方案、以及出力代入檢測問題SP2 ;如果SP2問題無越限情況，則進(jìn)入下一步；如果檢測到某 個時段有動態(tài)頻率最低點越限，且該時段系統(tǒng)發(fā)電機單位調(diào)節(jié)功率有增加的可能，則產(chǎn)生 優(yōu)化割，并在SPl中增加一個新的約束條件，然后計算SP1，重復(fù)步驟4和步驟5使SPl和 SP2反復(fù)相互迭代，直至SP2問題滿足；
[0017] 步驟5 :將步驟3、步驟4迭代收斂最終所得機組啟停方案、機組出力作為光伏調(diào)頻 容量檢測問題SP3運算的初始值，計算SP3子問題的目標(biāo)函數(shù)，若SP3子問題目標(biāo)函數(shù)為0， 則代表光伏調(diào)頻容量校驗子問題SP3無越限，所得機組啟停方案、機組出力為系統(tǒng)最優(yōu)方 案；若越限，則進(jìn)入下一步；
[0018] 步驟6 :將步驟5中得到的非0懲罰變量值進(jìn)行標(biāo)記，并在SPl中增加一個新的約 束條件，然后計算SP1，重復(fù)步驟4、5、6 ;使SP1、SP2、SP3反復(fù)相互迭代，直至得到系統(tǒng)最優(yōu) 方案。
[0019] 在上述的一種考慮動態(tài)頻率約束的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組合優(yōu) 化方法，所述步驟4中計算動態(tài)頻率最低點的方法如下：
[0024] 其中M為光伏電站個數(shù)，&為發(fā)電機i的單位調(diào)節(jié)功率，T $發(fā)電機i的時間常 數(shù)，Kv]為光伏電站j的單位調(diào)節(jié)功率，T v]為光伏j的時間常數(shù)，H屬h時段系統(tǒng)的慣性時 間常數(shù)；
[0025] 將步驟3中計算得到的各機組啟停方案作為步驟4中已知的初始條件，代入式 十二中，并基于式十一至式十四，求得各時段在故障下，最大頻降f_ h;若某些時段f _ 滿足條件，且該時段仍然有機組處于關(guān)機狀態(tài)，則標(biāo)記這些時段為h%該時段產(chǎn)生相應(yīng)的優(yōu) 化割元>〇 ;其中
為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，鳥代表上一輪迭代 計算問題SPl所產(chǎn)生的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率大小。
[0026] 在上述的一種考慮動態(tài)頻率約束的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組合優(yōu) 化方法，步驟5中對應(yīng)的子問題SP3為：
[0030] 其中為第j個光伏電站在時段h的預(yù)測值、通過步驟4、5迭代收斂后得 到的第j個光伏電站在時段h的調(diào)度值、Δ^Γ1為通過故障后的最大頻降A(chǔ) f_ M及最大 頻降出現(xiàn)的時間t_ ^十算得到的光伏電源最小調(diào)頻容量、s ]h為當(dāng)光伏電站j在h時段通 過機組組合所預(yù)留的調(diào)頻容量小于其最小調(diào)頻容量時引入的松弛變量；其中第j個光伏電 站在時段h的最小調(diào)頻容量計算式為：
[0032] 在上述的考慮動態(tài)頻率約束的含高滲透率光伏電源的孤立電網(wǎng)機組組合方法，所 述步驟6中，返回的Benders割為：
其中jh為拉格朗日乘子。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：本發(fā)明在機組組合模型中考慮動 態(tài)頻率約束，并且讓光伏電源減載參與調(diào)頻來增強系統(tǒng)的調(diào)頻能力，并確定機組組合在優(yōu) 化過程留有充足但不過量的光伏電源調(diào)頻容量，克服了高滲透率光伏接入系統(tǒng)使得系統(tǒng)調(diào) 頻能力下降的問題，以及傳統(tǒng)機組組合模型優(yōu)化結(jié)果因不滿足動態(tài)頻率約束而無法實施的 問題。且本方明所提的求解方法能針對所提模型進(jìn)行有效的求解，本方明具有良好的推廣 應(yīng)用價值和前景。
【附圖說明】
[0034] 圖1為系統(tǒng)故障后動態(tài)頻率響應(yīng)圖。
[0035] 圖2為光伏頻率響應(yīng)系統(tǒng)的等效模型。
[0036] 圖3為系統(tǒng)的動態(tài)頻率響應(yīng)模型。
[0037] 圖4本發(fā)明方法的計算流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面通過實施例，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0039] 實施例：
[0040] 本專利所提方法在多個算例模型下進(jìn)行了驗證，限于篇幅，本實施例針對以改進(jìn) 的十機系統(tǒng)算例為例，對本文所提方法的可行性及有效性進(jìn)行分析及驗證。具體情況如 下：
[0041] 在系統(tǒng)中接入2個光伏電站，1號光伏電源額定容量為500麗，2號光伏電源額定容 量為300MW，兩