一种多源电力系统的调压方法与流程

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1.本发明属于新能源并网发电技术领域，涉及一种多源电力系统的调压方法，适用于包含远海岸风电的多源电力系统的调压。


背景技术：

2.随着化石能源日益短缺和“碳达峰，碳中和”目标的提出，风电、光伏等清洁能源将逐渐成为能源生产侧的重要组成部分。因清洁能源的出力存在一定的波动性和随机性，为了提高清洁能源的并网适应性，针对含清洁能源的多源系统调压问题成为亟待解决的问题之一。
3.目前多源电力系统未考虑调压过程中的碳排放问题，不利于环境和保护。并且现有多源电力系统的优化调度方法调度时间尺度比较长，从分钟级到小时级不等，面对瞬时故障不能及时调压，易造成后续连锁故障甚至大系统崩溃。
4.含海上风电的多源电力系统的输出源一般包括风电、光伏、水电、火电输出源，其输出源的出力往往具备一定的波动性和随机性。在系统电压波动的情况下，含海上风电的多源电力系统风电、光伏等可再生能源无功输出的响应速率和裕度需要作为衡量可再生能源参与系统调压优先级的重要依据。其次，现有的多源系统在参与调压时往往忽略碳排放量的控制，对环境造成一定的破坏，不利于可持续发展。因此，如何在调压的过程中优化碳排放量也是各输出源参与系统调压的重要依据。
5.在大力发展可再生能源发电的背景下，改善可再生能源的并网适应性，提高含远海岸风电的多源系统对系统电压的支撑能力，优化控制多源系统调压过程中的碳排放量是很有必要的。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种多源电力系统的调压方法，该方法考虑了多源电力系统中各输出源的出力波动性和多源系统调压过程环保性，对多源电力系统中各输出源参与调压的优先级进行排序，在具备环保性的前提下有效的改善系统电压稳定性。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种多源电力系统的调压方法，所述多源电力系统的输出源包括风电、光伏、水电、火电输出源中至少两种，该调压方法包括：
9.实时获取所述各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp、最大无功输出的增发量δq、完成无功增发所需时间δt和碳排放量δv；
10.在系统电压偏离基准值时，计算评价各输出源提供无功补偿裕度能力的无功补偿裕度指数c1、评价各输出源响应速度的响应时间指数c2和评价各输出源碳排放量的碳排放强度指数c3；
11.再根据上述指数，对各输出源参与系统调压的优先级进行排序，并按优先级进行
调压；
12.其中，所述无功补偿裕度指数c1为输出源参与调压的有功输出的衰减量δp与无功输出的增发量δq之比，
13.所述响应时间评价指数c2为输出源参与调压的无功输出的增发量δq与完成无功增发所需要的时间δt之比，
14.所述碳排放强度指数c3为输出源的碳排放量δv与参与调压的无功输出的增发量δq之比，
15.优选地，所述各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp为各输出源当前有功输出与最低有功输出之差；
16.所述各输出源最大无功输出的增发量δq为最低有功输出状态下的无功输出量与当前无功输出量之差；
17.所述各输出源完成无功增发所需时间δt和碳排放强度δv取实际工程经验值。
18.优选地，所述各输出源参与系统调压的优先级按如下方法进行排序：
19.首先采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数；
20.再采用熵权矩阵法对所述相对权重系数进行修正，获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数；
21.最后根据所述综合权重系数，采用可拓物元综合评价方法，获取各输出源参与系统调压的优先级。
22.优选地，所述采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数，包括如下具体步骤：
23.构建无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相互之间的对比矩阵a，并设置对比矩阵a中各元素初值；
24.根据所述初值，计算对比矩阵a的一致性指标ci，并获取对比矩阵a的平均随机一致性指标ri，进而计算出对比矩阵a的一致性比率cr；
25.若对比矩阵a的一致性比率cr《0.1，则该对比矩阵a具有一致性，对比矩阵a的特征向量ω(a)＝(a1,a2,a3)中的各元素即为无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数的相对权重系数；否则，重新设置对比矩阵a中各元素初值，并按重新设置的初值，按上述方法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数的相对权重系数；
26.其中，
[0027][0028]
式中，λ
max
为对比矩阵a的最大特征值。
[0029]
优选地，所述对比矩阵a的平均随机一致性指标ri由平均随机一致性指标表获取。
[0030]
优选地，所述再采用熵权矩阵法对所述相对权重系数进行修正，获取无功补偿裕
[0051]
再按下式计算各输出源相对于高优先级的综合关联度k1和相对于低优先级的综合关联度k2，其中，
[0052]
相对于高优先级的综合关联度k1为：
[0053]
k1＝m1·
f1+m2·
f2+m3·
f3[0054]
相对于低优先级的综合关联度k2为：
[0055]
k2＝h1·
f1+h2·
f2+h3·
f3[0056]
其中，f1,f2,f3分别为综合权重矩阵f中的元素；
[0057]
若k1≥k2，则输出源参与系统调压的优先级为高优先级；若k1＜k2，则输出源参与系统调压的优先级为低优先级。
[0058]
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
[0059]
本发明提供了一种多源电力系统的调压方法，该调压方法根据评价各输出源提供无功补偿裕度能力的无功补偿裕度指数c1、评价各输出源响应速度的响应时间指数c2和评价各输出源碳排放量的碳排放强度指数c3，对各输出源参与系统调压的优先级进行排序，并按优先级进行调压；其中，无功补偿裕度指数、响应时间评价指数具备秒级毫秒级的响应时间尺度，大大缩短了调压的暂态时间，提高多源系统应对瞬时故障的电压调节能力，避免后续连锁故障的发生，提高了安全性。相比于现有多源电力系统在参与调压时往往忽略碳排放量的控制，本发明调压方法中碳排放强度指数可以有效地优化调压过程的碳排放量，提高调压过程的环保性。
附图说明:
[0060]
图1为实施例中本发明控制流程图。
具体实施方式：
[0061]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。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，并不用于限定发明。
[0062]
实施例一:
[0063]
本例的一种多源电力系统的调压方法，多源电力系统的输出源包括风电、光伏、水电、火电输出源中至少两种，如图1所示，该调压方法包括：
[0064]
实时获取各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp、最大无功输出的增发量δq、完成无功增发所需时间δt和碳排放量δv；
[0065]
在系统电压偏离基准值时，计算评价各输出源提供无功补偿裕度能力的无功补偿裕度指数c1、评价各输出源响应速度的响应时间指数c2和评价各输出源碳排放量的碳排放强度指数c3；
[0066]
再根据上述指数，对各输出源参与系统调压的优先级进行排序，并按优先级由高到低的顺序进行调压，即首先采用高优先级的输出源参与调压，若无功输出满足调压需求，则结束调压；否则，采用低优先级的输出源参与调压，使得无功输出满足调压需求。
[0067]
其中，无功补偿裕度指数c1为输出源参与调压的有功输出的衰减量δp与无功输
出的增发量δq之比，各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp为各输出源当前有功输出与最低有功输出之差；
[0068]
各输出源最大无功输出的增发量δq为最低有功输出状态下的无功输出量与当前无功输出量之差；
[0069]
响应时间评价指数c2为输出源参与调压的无功输出的增发量δq与完成无功增发所需要的时间δt之比，各输出源完成无功增发所需时间δt和碳排放强度δv取实际工程经验值。
[0070]
碳排放强度指数c3为输出源的碳排放量δv与参与调压的无功输出的增发量δq之比，
[0071]
实施例二:
[0072]
本例的进一步可选设计在于：本例中，各输出源参与系统调压的优先级按如下方法进行排序：
[0073]
首先采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数；
[0074]
再采用熵权矩阵法对相对权重系数进行修正，获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数；
[0075]
最后根据综合权重系数，采用可拓物元综合评价方法，获取各输出源参与系统调压的优先级。
[0076]
实施例三:
[0077]
本例的进一步可选设计在于：本例中，采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数，包括如下具体步骤：
[0078]
构建无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相互之间的对比矩阵a，并设置对比矩阵a中各元素初值；
[0079]
根据初值，计算对比矩阵a的一致性指标ci，并获取对比矩阵a的平均随机一致性指标ri，进而计算出对比矩阵a的一致性比率cr；
[0080]
若对比矩阵a的一致性比率cr《0.1，则该对比矩阵a具有一致性，对比矩阵a的特征向量ω(a)＝(a1,a2,a3)中的各元素对应无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数，即a1对应c1，a2对应c2，a3对应c3；否则重新设置对比矩阵a中各元素初值，并按重新设置的初值，按上述方法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数的相对权重系数；
[0081]
其中，
[0082][0083]
式中，λ
max
为对比矩阵a的最大特征值。
[0084]
实施例四:
[0085]
本例的进一步可选设计在于：本例中，对比矩阵a的平均随机一致性指标ri由平均随机一致性指标表获取。
[0086]
实施例五:
[0087]
本例的进一步可选设计在于：本例中，采用熵权矩阵法对相对权重系数进行修正，获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数，包括如下具体步骤：
[0088]
首先对对比矩阵a进行归一化处理，得到归一化矩阵b；
[0089]
再按下式计算熵权矩阵d＝(d1,d2,d3)：
[0090][0091][0092]
式中，di为熵权矩阵d中的第i个元素；xi为中间变量；a
ij
为对比矩阵a中第i行第j列的元素；b
ij
为归一化矩阵b中第i行第j列的元素；
[0093]
最后按下式计算得到综合权重矩阵f，综合权重矩阵f＝(f1,f2,f3)中各元素对应无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数，f1对应c1，f2对应c2，f3对应c3。其中，
[0094][0095]
式中，fi为综合权重矩阵f中的第i个元素。
[0096]
实施例六:
[0097]
本例的进一步可选设计在于：本例中，根据综合权重系数，采用可拓物元综合评价方法，获取各输出源参与系统调压的优先级包括如下具体步骤：
[0098]
首先确定经典域和节域，将各输出源参与系统调压的优先级划分为高优先级p1和低优先级p2两个等级；
[0099]
其中，经典域为：
[0100][0101]
则节域为：
[0102][0103]
上式中，r
p
为3维物元；r1和r2分别为r
p
的第一分物元和第二分物元；p为各输出源参与系统调压的优先级；p1为高优先级；p2为低优先级；n1、n2和n3分别为c1、c2和c3对应的分界点；
[0104]
再根据所建立的经典域和节域，分别得出各输出源的无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相对于高优先级p1的贴近度和相对于低优先级p2的贴近度；
[0105]
其中，c1、c2和c3相对于高优先级p1的贴近度m1，m2和m3分别为：
[0106]
m1＝n
1-c
1 m2＝c
2-n
2 m3＝n
3-c3[0107]
c1、c2和c3相对于低优先级p2的贴近度h1，h2和h3分别为：
[0108]
h1＝c
1-n
1 h2＝n
2-c
2 h3＝c
3-n3[0109]
再按下式计算各输出源相对于高优先级的综合关联度k1和相对于低优先级的综合关联度k2，其中，
[0110]
相对于高优先级的综合关联度k1为：
[0111]
k1＝m1·
f1+m2·
f2+m3·
f3[0112]
相对于低优先级的综合关联度k2为：
[0113]
k2＝h1·
f1+h2·
f2+h3·
f3[0114]
其中，f1,f2,f3分别为综合权重矩阵f中的元素；
[0115]
若k1≥k2，则输出源参与系统调压的优先级为高优先级；若k1＜k2，则输出源参与系统调压的优先级为低优先级。
[0116]
应用实施例：
[0117]
本例采用本发明调压方法对某海上风电的多源电力系统进行调压控制，该电力系统的输出源包括风电、光伏、水电、火电输出源四种，该调压方法包括：
[0118]
实时获取各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp、最大无功输出的增发量δq、完成无功增发所需时间δt和碳排放量δv；
[0119]
在系统电压偏离基准值时，计算评价各输出源提供无功补偿裕度能力的无功补偿裕度指数c1、评价各输出源响应速度的响应时间指数c2和评价各输出源碳排放量的碳排放强度指数c3；其中，无功补偿裕度指数c1为输出源参与调压的有功输出的衰减量δp与无功输出的增发量δq之比，
[0120]
响应时间评价指数c2为输出源参与调压的无功输出的增发量δq与完成无功增发所需要的时间δt之比，
[0121]
碳排放强度指数c3为输出源的碳排放量δv与参与调压的无功输出的增发量δq之比，
[0122]
各输出源参与调压的最大有功输出的衰减量δp为各输出源当前有功输出与最低有功输出之差；
[0123]
各输出源最大无功输出的增发量δq为最低有功输出状态下的无功输出量与当前无功输出量之差；
[0124]
各输出源完成无功增发所需时间δt和碳排放强度δv取实际工程经验值。
[0125]
再根据上述指数，对各输出源参与系统调压的优先级进行排序，按优先级由高到低的顺序进行调压，即首先采用高优先级的输出源参与调压，若无功输出满足调压需求，则
结束调压；否则，采用低优先级的输出源参与调压，使得无功输出满足调压需求。其中，各输出源参与系统调压的优先级按如下方法进行排序：
[0126]
首先采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数；采用层次分析法获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的相对权重系数，包括如下具体步骤：
[0127]
构建无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相互之间的对比矩阵a，并设置对比矩阵a中各元素初值，如表1所示。
[0128]
表1对比矩阵初值表
[0129][0130][0131]
该对比矩阵a的最大特征值λ
max
(a)为3，对应的特征向量ω(a)为[0.1482 0.2857 0.5717]，
[0132]
根据上述初值，计算对比矩阵a的一致性指标ci为0，并获取对比矩阵a的平均随机一致性指标ri为0.58，对比矩阵a的平均随机一致性指标ri由平均随机一致性指标表2获取。
[0133]
表2平均随机一致性指标表
[0134]
矩阵阶数12345ri000.580.91.12
[0135]
进而计算出对比矩阵a的一致性比率cr为0；由于对比矩阵a的一致性比率cr《0.1，则该对比矩阵a具有一致性，对比矩阵a的特征向量ω(a)中的各元素即为无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数的相对权重系数；
[0136]
其中，
[0137][0138]
式中，λ
max
为对比矩阵a的最大特征值。
[0139]
再采用熵权矩阵法对相对权重系数进行修正，获取无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数，包括如下具体步骤：
[0140]
首先对对比矩阵a进行归一化处理，得到归一化矩阵b；
[0141]
再按下式计算熵权矩阵d＝(d1,d2,d3)：
[0142]
[0143][0144]
式中，di为熵权矩阵d中的第i个元素；xi为中间变量；a
ij
为对比矩阵a中第i行第j列的元素；b
ij
为归一化矩阵b中第i行第j列的元素；
[0145]
最后按下式计算得到综合权重矩阵f，综合权重矩阵f＝[0.0796 0.2492 0.6715]中各元素即为无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3的综合权重系数：
[0146][0147]
式中，fi为综合权重矩阵f中的第i个元素。
[0148]
最后根据综合权重系数，采用可拓物元综合评价方法，获取各输出源参与系统调压的优先级，包括如下具体步骤：
[0149]
首先确定经典域和节域，将各输出源参与系统调压的优先级划分为高优先级p1和低优先级p2两个等级；c1、c2和c3对应的分界点n1、n2和n3分别取0.5，100，0.3；
[0150]
其中，经典域为：
[0151][0152]
则节域为：
[0153][0154]
上式中，r
p
为3维物元；r1和r2分别为r
p
的第一分物元和第二分物元；p为各输出源参与系统调压的优先级；p1为高优先级；p2为低优先级；
[0155]
再根据所建立的经典域和节域，分别得出各输出源的无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相对于高优先级p1的贴近度和相对于低优先级p2的贴近度；
[0156]
再计算各输出源相对于高优先级的综合关联度k1和相对于低优先级的综合关联度k2，例如对于风电而言，风电的无功补偿裕度指数c1、响应时间指数c2和碳排放强度指数c3相对于高优先级p1的贴近度m1，m2和m3分别为：
[0157]
m1＝0.5-c
1 m2＝c
2-100 m3＝0.3-c3[0158]
c1、c2和c3相对于低优先级p2的贴近度h1，h2和h3分别为：
[0159]
h1＝c
1-0.5 h2＝100-c
2 h3＝c
3-0.3
[0160]
风电相对于高优先级的综合关联度k1和风电相对于低优先级的综合关联度k2分别为：
[0161]
k1＝m1·
0.0796+m2·
0.2492+m3·
0.6715
[0162]
k2＝h1·
0.0796+h2·
0.2492+h3·
0.6715
[0163]
若k1≥k2，则输出源参与系统调压的优先级为高优先级；若k1＜k2，则输出源参与
系统调压的优先级为低优先级。