一种含风热机组的配电网有功控制系统及方法与流程

1.本发明属于电力系统自动化领域，尤其涉及含风热机组的配电网有功控制系统及方法。


背景技术：

2.能源是社会和经济发展的重要基础。提高能源的综合利用效率是破解能源发展和环境危机矛盾的关键，是实现能源高效、安全、清洁、稳定应用的重要途径。近年来，在能源供给侧，我国可再生能源的发展步伐加快，风电、光伏新增装机量均位列世界第一，提高火电、热电机组的灵活性是充分消纳可再生能源、促进可再生能源利用的关键，也是能源供给侧深化改善能源结构的重要手段。
3.随着我国城市化进程的加快，供热面积和需求急速增加，总能耗也在持续增加。清洁供暖已经成为我国现在供暖发展的主要方向。在能源负荷侧，需要推广实施“煤改电”工程，发展电制热、燃气锅炉等清洁供热技术。电制热清洁供暖不仅可以方便的满足散户供热需求，而且其运行方式灵活，在冬季供暖期促进了可再生能源的消纳。电制热清洁供暖的风热机组供热方式使用清洁电力，能效高，成本低，无污染，在降低能耗与二氧化碳排放方面潜力巨大。用风热机组加热取代燃煤进行集中供暖，能够分别减少能耗和二氧化碳排放量57.6％和81.4％。用风热机组加热取代城市的集中供暖与分散供暖可以分别使能耗和二氧化碳排放量减少67.7％和85.8％，已经成为未来清洁供暖的主要方式之一。将风热机组和其他分布式供能系统相结合，构成含风热机组的分布式混合供能系统，将传统电能供应拓展至综合能源供应，实现电/热/冷等多种形式能源在有限区域内的供需互动，综合形成一种高效的清洁供能技术。然而，含风热机组的分布式混合供能系统在负荷侧大规模应用会对配电网侧造成影响，增加电网调度复杂度。
4.综上所述，规模化推广应用含风热机组的分布式混合供能系统，实现配电网侧可控负荷的灵活调节，需要结合配电网侧的调控要求，实现风热机组与其他分布式供能系统的有功控制，保证电网安全和能源高效利用。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是要提供一种含风热机组的配电网有功控制系统及方法，用于实现风热机组与其他分布式供能系统的协调有功控制，在保证电网安全运行的前提下，提高能源利用效率。
6.为实现此目的，本发明所设计的一种含风热机组的配电网有功控制系统，包括数据交互子系统、自动控制子系统和分布式混合供能决策子系统；所述数据交互子系统用于建立风热机组上送数据模型，接收地市级配电自动化主站平台收集的配电网实时运行数据，将所述配电网实时运行数据传输至省级调度系统平台，并接收所述省级调度系统平台计算输出的风热机组出力曲线，将所述配电网实时运行数据和所述风热机组出力曲线传输至自动控制子系统；所述实时运行数据包括区域控制偏差ace、常规机组调节步长、断面限
值、断面潮流有功、机组出力、机组装机容量、机组调节速率和机组调节下限；所述自动控制子系统根据所述数据交互子系统传输的配电网实时运行数据，计算出区域调节量s，根据ace正常区等比例分配算法将所述区域调节量s分配给常规机组和非常规机组，计算非常规机组调节量a以及常规机组控制指令，将所述非常规机组调节量a传输至所述分布式混合供能决策子系统；所述分布式混合供能决策子系统根据所述自动控制子系统传输的非常规机组调节量a，采用协调优化配置和含风热机组的多能流优化控制方法，将所述非常规机组调节量a分配给风电光伏机组和风热机组，计算出风电光伏机组调节量b和风热机组调节量c，按照均等比例分配方法将所述风电光伏机组调节量b分配给风电机组和光伏机组，按照均等比例分配方法将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，得到风热机组预指令值，将所述风热机组预指令值传输至所述自动控制子系统；所述自动控制子系统对所述风热机组预指令值和所述常规机组控制指令进行校验，获得校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令，并将所述校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令传输至所述数据交互子系统。
7.一种含风热机组的配电网有功控制方法，它包括如下步骤：
8.步骤1，数据交互子系统建立风热机组上送数据模型，接收地市级配电自动化主站平台收集的配电网实时运行数据，将所述配电网实时运行数据传输至省级调度系统平台，并接收所述省级调度系统平台计算输出的风热机组出力曲线，将所述配电网实时运行数据和所述风热机组出力曲线传输至自动控制子系统；所述实时运行数据包括区域控制偏差ace、常规机组调节步长、断面限值、断面潮流有功、机组出力、机组装机容量、机组调节速率和机组调节下限；
9.步骤2，所述自动控制子系统根据所述数据交互子系统传输的配电网实时运行数据，计算出区域调节量s，根据ace正常区等比例分配算法将所述区域调节量s分配给常规机组和非常规机组，计算非常规机组调节量a以及常规机组控制指令，将所述非常规机组调节量a传输至所述分布式混合供能决策子系统；
10.步骤3，分布式混合供能决策子系统根据所述自动控制子系统传输的非常规机组调节量a，采用协调优化配置和含风热机组的多能流优化控制方法，将所述非常规机组调节量a分配给风电光伏机组和风热机组，计算出风电光伏机组调节量b和风热机组调节量c，按照均等比例分配方法将所述风电光伏机组调节量b分配给风电机组和光伏机组，按照均等比例分配方法将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，得到风热机组预指令值，将所述风热机组预指令值传输至所述自动控制子系统；所述自动控制子系统对所述风热机组预指令值和所述常规机组控制指令进行校验，获得校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令，并将所述校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令传输至所述数据交互子系统。
11.本发明的有益效果为：本发明将风热机组在配电系统中的角色由单纯的用电负荷转变为可控负荷，加入到配电网有功控制系统中，通过按等比例分配方法，与电源侧控制对象(常规机组、风电和光伏机组)共同参与到区域控制偏差ace的调节过程中，在保证电网安全运行的前提下，可以提高能源利用效率。
附图说明
12.图1为本发明系统结构图；
13.其中，1-数据交互子系统、2-自动控制子系统、3-分布式混合供能决策子系统、4-人机交互子系统。
具体实施方式
14.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
15.一种含风热机组的配电网有功控制系统，如图1所示，它包括数据交互子系统1、自动控制子系统2、分布式混合供能决策子系统3和人机交互子系统4；
16.所述数据交互子系统1用于建立风热机组上送数据模型，基于地市级配电自动化主站平台的调配一体化总线服务系统，通过电力调度机构之间的数据中心网络，接收地市级配电自动化主站平台收集的配电网实时运行数据，将所述配电网实时运行数据传输至省级调度系统平台，并接收所述省级调度系统平台计算输出的风热机组出力曲线，将所述配电网实时运行数据和所述风热机组出力曲线传输至自动控制子系统2；所述实时运行数据包括区域控制偏差ace、常规机组调节步长、断面限值、断面潮流有功、机组出力、机组装机容量、机组调节速率和机组调节下限；
17.所述自动控制子系统2用于系统的核心业务逻辑处理，负责控制算法的实现；根据所述数据交互子系统1传输的配电网实时运行数据计算出区域调节量s，根据ace正常区等比例分配算法将所述区域调节量s分配给常规机组和非常规机组，计算非常规机组调节量a以及常规机组控制指令(控制指令用于控制机组有功值的大小)，将所述非常规机组调节量a传输至所述分布式混合供能决策子系统3，常规机组指火电机组、水电机组，非常规机组指风电、光伏、风热机组；
18.所述分布式混合供能决策子系统3根据所述自动控制子系统2传输的非常规机组调节量a(非常规机组调节量a用于调节非常规机组的有功功率)，采用协调优化配置和含风热机组的多能流优化控制方法，将所述非常规机组调节量a分配给风电光伏机组和风热机组，计算出风电光伏机组调节量b(调节风电光伏机组有功功率)和风热机组调节量c(调节风热机组有功功率)，按照均等比例分配方法将所述风电光伏机组调节量b分配给风电机组和光伏机组，按照均等比例分配方法将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，得到风热机组预指令值，将所述风热机组预指令值传输至所述自动控制子系统2；所述自动控制子系统2对所述风热机组预指令值和所述常规机组控制指令进行校验，获得校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令，并将所述校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令传输至所述数据交互子系统1，能够控制风热机组的运行状态，进而反馈至配电网，达到缓解冷热负荷引起的用电高峰对配电网的冲击、提高配电系统能源综合利用效率的效果；
19.所述人机交互子系统4提供统一门户，统一门户为平台的使用者，用于提供统一的操作环境，根据使用人员责任区权限，分配不同资源和不同权限；所述人机交互子系统4提供数据服务接口，数据服务接口为监视机组运行状态、监视电网发受电平衡、设置指令等业务功能提供支撑；所述人机交互子系统4提供友好的展示界面，统计分布式电源和可控负荷运行情况及调节性能等，以报表、曲线、柱状图、饼状图等展示各类数据，报表数据支持
word,excel等格式导出。
20.含风热机组的配电网有功控制系统基于我国现有的电网调度自动化系统，在地市级配电自动化主站进行建设。配电网自动化主站通过配电通信终端采集配电网实时运行数据，将电网数据传入地市级调度自动化主站，再由地市级上传到网/省级调度控制平台。网/省级调度根据全网运行情况，计算出区域内风电、风热机组整体控制曲线，并经地市级调度网下传给配网。配网含风热机组的有功控制系统以计划曲线为依据，结合当前电网断面约束以及可再生能源发电情况，对区域风热机组进行控制。
21.上述技术方案中，所述自动控制子系统2中的ace正常区等比例分配算法的具体实现方法为：
22.当区域调节量s小于常规机组调节步长总和时，将区域调节量s全部分配给常规机组，计算得到常规机组调节量，非常规机组调节量a为0；
23.当区域调节量s大于常规机组调节步长总和时，常规机组调节量为常规机组调节步长，常规机组指令值为常规机组当前出力与常规机组调节量之和，非常规机组调节量a为区域调节量s减去常规机组调节量总和；
24.所述区域调节量s由所述配电网实时运行数据中的区域控制偏差ace乘以区域电网调节系数获得。
25.所述根据ace正常区等比例分配算法具有如下效果：按装机容量分配能够满足电网正常情况下的多机组间的公平发电；按调节速率分配能够满足电网需快速调节情况下的响应速度需求。
26.上述技术方案中，所述分布式混合供能决策子系统3中的多能流优化控制方法的具体实现方法为：
27.所述分布式混合供能决策子系统3将所述非常规机组调节量a分配给风电光伏机组和风热机组时需要采用的控制策略为断面有功控制策略；大规模分布式风电、光伏、风热机组等能源接入后，采用多层级嵌套断面的安全约束控制。所述多能流优化控制方法可以保证断面潮流有功不越限，电网安全。因为在分配调节量时，每层断面的调节量都限定在了断面可调空间(断面限值-断面实时有功)以内。断面既可以是电网实际断面，也可以是调度定义的虚拟断面(如全网风电总出力、各风区总出力等)。
28.上述技术方案中，所述断面有功控制策略为在将所述非常规机组调节量a分配给断面下的风电光伏机组和风热机组时，在保证断面不越限的前提下，使风电机组和光伏机组最大限度发电；
29.所述断面包括1,2,...,n层断面，所述n层断面为最底层断面，将所述非常规机组调节量a作为最高层断面的总调节量进行分配的原则为优先向最底层断面下的风电光伏机组分配，计算当前最底层断面的风电光伏机组分配量，将所述非常规机组调节量a减去当前最底层断面的风电光伏机组分配量得到剩余调节量b`，将所述剩余调节量b`向上一层断面的风电光伏机组分配，直至完成所有断面的风电光伏机组分配，获得的最终剩余调节量为风热机组调节量c。
30.所述断面有功控制策略不仅能够保证断面潮流有功不越限，还能确保同一断面下的机组负荷率相同(公平性)；首先是因为每层断面的调节量都限定在了断面可调空间(断面限值-断面实时有功)以内；其实是因为层与层之间独立分配，同一层下的机组按照等比
例方法分配。
31.所述当前最底层断面的风电光伏机组分配量由所述配电网实时运行数据中的断面限值减去所述配电网实时运行数据中的断面潮流有功。
32.上述技术方案中，所述分布式混合供能决策子系统3获得风热机组预指令值的方法为：
33.将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，获得每个风热机组的调节量c，每个风热机组预指令值为所述每个风热机组的调节量c与每个风热机组的当前功率之和。该方法能够保证机组负荷率相同(公平性)，因为层与层之间独立分配，同一层下的机组按照等比例方法分配。
34.上述技术方案中，所述自动控制子系统2将所述区域调节量s分配给常规机组和非常规机组时需要采用的控制策略为ace分区控制策略；
35.所述ace分区控制策略根据上级调度机构下发的实时区域控制偏差的大小将系统状态分为正常区、紧急区、越限区，区域控制偏差处于不同区间时，控制策略不同；
36.当区域控制偏差处于正常区，根据ace正常区等比例分配算法，将区域调节量s分配给常规机组和非常规机组；
37.当区域控制偏差处于紧急区，将断面下的单台机组指令值限制在当前出力，所述单台机组指令值为单台机组当前出力，防止断面越限，断面的常规机组只能向断面恢复方向调节；
38.当区域控制偏差处于越限区，将区域调节量s分配给断面下的常规机组，当常规机组下备用总和小于区域调节量s时，将剩余调节量分配给风电光伏机组。
39.所述ace分区控制策略兼顾电网运行的经济性和安全性，在经济性方面，通常在ace处于正常区，常规机组即可满足调节需求，不需要非常规机组频繁调节；在安全性方面，ace处于紧急区、越限区，以电网安全运行为第一目标，非常规类型机组也进行调节。
40.上述技术方案中，所述分布式混合供能决策子系统3按照均等比例分配方法将所述风电光伏机组调节量b分配给风电机组和光伏机组时，所述风电光伏机组调节量b为总调节量，所述风电机组和光伏机组为单机机组；
41.所述分布式混合供能决策子系统3按照均等比例分配方法将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，所述风热机组调节量c为总调节量，所述风热机组为单机机组；
42.所述均等比例分配方法的具体实现方式为：
43.步骤1.1，计算所有能够参与调解的机组总目标出力：总目标出力为当前总出力和总调节量之和，当前总出力由配电自动化主站平台采集；
44.步骤1.2，计算负荷率：负荷率为步骤1.1输出的总目标出力占总装机容量的百分比，总装机容量由配电自动化主站平台采集；
45.步骤1.3，计算所述单机机组指令值：单机机组指令值为单机装机容量乘以步骤1.2输出的负荷率，单机装机容量由配电自动化主站平台采集；所述单机机组调节量为所述单机机组指令值减去当前单机机组出力。
46.所述均等比例分配方法保证了发电公平性，因为均等比例分配方法以相同负荷率作为控制目标。
47.上述技术方案中，所述分布式混合供能决策子系统3将所述风电光伏机组调节量b
分配给风电机组和光伏机组时，当发电能力不足时，所述分布式混合供能决策子系统3对风电光伏机组调节量b的分配进行优化，优化时所采用的方法为按发电能力分配方法；
48.所述按发电能力分配方法的具体实现方式为：
49.受光照、风力等自然条件变化，新能源机组出力调节可能无法达到指令值；依据各风电光伏最大发电能力或风热机组的最大可调节范围，将总调节量优先分配给调节能力大的对象。首先按照均等比例分配方法分配风电光伏机组调节量b给风电机组和光伏机组，对于连续2次指令下发后，出力无法跟踪指令值继续增加的机组，将所述出力无法跟踪指令值继续增加的机组的调节量转移给出力能够紧随指令的机组。
50.所述按发电能力分配方法能够提升新能源利用率。因为当受自然环境影响，风电机组、光伏机组无法达到指令值时，将受影响机组的调节量转移给有能力的机组(风力大、光照强)，充分利用自然资源，提升新能源利用率。
51.上述技术方案中，所述自动控制子系统2和所述分布式混合供能决策子系统3在进行调节量分配时，还会采取按场景控制策略；结合新能源消纳最大化和安全稳定运行的要求，基于风电光伏发电单元和风热机组的装机容量、额定功率、调节速率等特性参数，在配电网有功控制过程中，将发电单元和风热机组划归到不同控制场景中，采用不同的控制逻辑达成不同的控制目标。
52.所述按场景控制策略中的控制场景包括常规调峰、调频、紧急控制、人工调度，满足不同场景下的不同控制需求；
53.当控制场景为常规调峰和调频时，所述自动控制子系统2按照机组装机容量均等比例分配方法对常规机组调节量进行分配；
54.当控制场景为紧急控制时，场景一般属于潮流严重越限、需要快速降低机组出力的情况，所述自动控制子系统2对常规机组调节量进行分配，所述分布式混合供能决策子系统3对非常规机组调节量a进行分配，保证电网安全运行，快速调节。因为调节速率大的机组，优先承担调节量，使电网有功以最快速度恢复到限值以内。所述自动控制子系统2对紧急控制场景时的区域调节量s’进行分配的方法为：
55.区域调节量s’等于越限程度y，所述越限程度为断面潮流有功减去断面限值；
56.在进行紧急控制场景时的区域调节量s’的分配时，按照机组调节速率由大到小排序，调节速率大的优先分配，机组分配量为机组当前出力减去机组调节下限；机组调节速率和机组调节下限由数据交互子系统提供。
57.当控制场景为人工调度时，由调度人员为了保证新能源样板机最大发电和重要部门风热机组正常运行，设定新能源样板机机组恒定指令值，并按照(调节量＝指令值-实时出力)计算新能源样板机机组调节量，设定重要部门风热机组恒定指令值，并按照(调节量＝指令值-实时出力)计算重要部门风热机组调节量，所述分布式混合供能决策子系统3在对风电光伏机组调节量b和风热机组调节量c进行分配时，将风电光伏机组调节量b减去新能源样板机机组调节量得到剩余风电光伏机组调节量，将风热机组调节量c减去重要部门风热机组调节量得到剩余风热机组调节量，并按照均等比例分配方法分配所述剩余风电光伏机组调节量和所述剩余风热机组调节量。
58.一种利用所述系统的含风热机组的配电网有功控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
59.步骤1，数据交互子系统1建立风热机组上送数据模型，接收地市级配电自动化主站平台收集的配电网实时运行数据，将所述配电网实时运行数据传输至省级调度系统平台，并接收所述省级调度系统平台计算输出的风热机组出力曲线，将所述配电网实时运行数据和所述风热机组出力曲线传输至自动控制子系统2；所述实时运行数据包括区域控制偏差ace、常规机组调节步长、断面限值、断面潮流有功、机组出力、机组装机容量、机组调节速率和机组调节下限；
60.步骤2，所述自动控制子系统2根据所述数据交互子系统1传输的配电网实时运行数据，计算出区域调节量s，根据ace正常区等比例分配算法将所述区域调节量s分配给常规机组和非常规机组，计算非常规机组调节量a以及常规机组控制指令，将所述非常规机组调节量a传输至所述分布式混合供能决策子系统3；
61.步骤3，分布式混合供能决策子系统3根据所述自动控制子系统2传输的非常规机组调节量a，采用协调优化配置和含风热机组的多能流优化控制方法，将所述非常规机组调节量a分配给风电光伏机组和风热机组，计算出风电光伏机组调节量b和风热机组调节量c，按照均等比例分配方法将所述风电光伏机组调节量b分配给风电机组和光伏机组，按照均等比例分配方法将所述风热机组调节量c分配给每个风热机组，得到风热机组预指令值，将所述风热机组预指令值传输至所述自动控制子系统2；所述自动控制子系统2对所述风热机组预指令值和所述常规机组控制指令进行校验，获得校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令，并将所述校验后的风热机组控制指令和校验后的常规机组控制指令传输至所述数据交互子系统1。
62.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
63.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
64.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
65.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
66.最后应当说明的是以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围
的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。