一种新能源发电功率分配优化方法及装置
阅读说明：本技术 一种新能源发电功率分配优化方法及装置 (New energy power generation power distribution optimization method and device ) 是由 任冲 柯贤波 牛拴保 王吉利 霍超 王智伟 张钢 卫琳 魏平 程林 赵荣臻 王 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及新能源发电控制技术领域,具体提供了一种新能源发电功率分配优化方法及装置,旨在解决传统短路比指标无法反映新能源多场站间交互作用对系统电压强度影响,且无法有效表征各新能源场站发电功率变化对系统稳定性的影响的技术问题。本发明提供的新能源发电功率分配优化方法及装置,利用待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度调节各新能源场站的发电功率,能够得到满足系统安全稳定运行要求下的新能源发电功率最优分配控制方案,以实现在确保安全稳定基础上的可再生能源的充分利用。(The invention relates to the technical field of new energy power generation control, and particularly provides a new energy power generation power distribution optimization method and device, aiming at solving the technical problems that the traditional short-circuit ratio index cannot reflect the influence of interaction among new energy field stations on the system voltage intensity, and cannot effectively represent the influence of the power generation power change of each new energy field station on the system stability. According to the new energy power generation power distribution optimization method and device, the power generation power of each new energy station is adjusted by using the comprehensive sensitivity of each new energy station in the new energy stations to be optimized, and the optimal distribution control scheme of the new energy power generation power under the condition that the system safety and stability operation requirements are met can be obtained, so that the renewable energy can be fully utilized on the basis of ensuring the safety and stability.)
技术领域
本发明涉及新能源发电控制领域，具体涉及一种新能源发电功率分配优化方法及装置。
背景技术
受资源分布限制，风光资源富集区多数远离常规电源及负荷中心，大规模风电光伏通常接入电网末端，在以上地区，局部电网强度与新能源接入量对比相对较弱。同时由于新能源机组普遍通过电力电子设备并入电网，调节支撑能力弱，导致局部新能源接入电网易发生暂态过电压、宽频带振荡等问题，成为制约新能源接纳能力及影响电网安全稳定运行重要因素。随着“双碳”目标提出，新能源发展进一步提速，该问题将逐渐成为影响电网绿色发展的一个关键难题。
为应对暂态过电压、宽频带振荡等系统稳定问题，目前主流方法是探究新能源机组发电功率变化对系统各参数的影响，进而优化高比例新能源接入系统方案。文献[Accommodation capacity for wind farm based on the static securityconstraints in bulk power systems]、文献[Method for determining the maximumallowable penetration level of distributed generation without steady-statevoltage violations]为避免电压越限等静态稳定问题，通过定量计算各机组出力对电压上升的灵敏度，进而确定发电功率极限。此外，学界还分析了发电功率对系统可靠性和供电经济性的影响。文献[Penetration level optimization for DG considering reliableaction of relay protection device constrains]考虑不同新能源发电功率对系统继电保护设备可靠动作的影响，进而计算系统新能源发电最大渗透率。文献[An analyticalmethod for the sizing and siting of distributed generators in radial systems]以系统网损最小为目标，提出新能源选址定容策略。但上述研究多针对电力系统静态稳定、可靠性和经济性，对系统稳定水平量化约束下的新能源场站优化分配并未进行深入研究。
系统稳定水平能够综合反映电网对新能源各项承载能力，应作为主要参考指标对高比例新能源集中接入系统优化分配方案进行评价。在大规模新能源集中并网系统中，为直观有效地衡量多新能源场站接入系统电压强度，量化评估新能源接入规模，专家学者提出了短路比(short circuit ratio，SCR)指标。短路比作为一种静态分析方法，以其简单性、直观性，为电网的规划和运行提供了重要的参考依据。然而传统短路比指标无法反映新能源多场站间交互作用对系统电压强度影响，且无法有效表征各新能源场站发电功率变化对系统稳定性的影响。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决传统短路比指标无法反映新能源多场站间交互作用对系统电压强度影响，且无法有效表征各新能源场站发电功率变化对系统稳定性的影响的技术问题的新能源发电功率分配优化方法及装置。
第一方面，提供一种新能源发电功率分配优化方法，所述新能源发电功率分配优化方法包括：
步骤1.获取待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度，选择综合灵敏度绝对值最小的新能源场站，并判断其出力是否达到最大可发出力，若是，则从待优化新能源场站中剔除该新能源场站并重新执行所述步骤1，否则，转至步骤2；
步骤2.增加所述综合灵敏度绝对值最小的新能源场站发电功率一个调整步长；
步骤3.计算待优化新能源场站中各新能源场站的短路比，并得到短路比最小值与预设短路比参考值之间的差值；
步骤4.若所述差值不大于预设偏差值或达到优化迭代次数，则结束操作，否则，返回步骤1。
优选的，所述各新能源场站的综合灵敏度的计算式如下：
上式中，Dc.i为第i个新能源场站的综合灵敏度，α为系统平均灵敏度的权重系数，Dsys.i为系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度，β为最低新能源场站短路比灵敏度的权重系数，为最低新能源场站短路比对第i个新能源场站的灵敏度，i∈[1,n]，n为待优化新能源场站中新能源场站总数。
进一步的，所述系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度的计算式如下：
上式中，Prei为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的有功功率，Mi为第i个新能源场站的短路比。
进一步的，所述第i个新能源场站的短路比的计算式如下：
上式中，Saci为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的三相短路容量，Zij为第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子。
进一步的，所述第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子的计算式如下：
上式中，Zeqij为第i个新能源场站与第j个新能源场站的并网母线之间的交流电网等值阻抗，Zeqii为第i个新能源场站并网母线处的交流电网等值阻抗，Ui为第i个新能源场站的并网母线电压，Uj为第j个新能源场站的并网母线电压。
进一步的，按下式计算
第二方面，提供一种新能源发电功率分配优化装置，所述新能源发电功率分配优化装置包括：
第一判断模块，用于获取待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度，选择综合灵敏度绝对值最小的新能源场站，并判断其出力是否达到最大可发出力，若是，则从待优化新能源场站中剔除该新能源场站并重新执行第一判断模块，否则，转至优化模块；
优化模块，用于增加所述综合灵敏度绝对值最小的新能源场站发电功率一个调整步长；
计算模块，用于计算待优化新能源场站中各新能源场站的短路比，并得到短路比最小值与预设短路比参考值之间的差值；
第二判断模块，用于若所述差值不大于预设偏差值或达到优化迭代次数，则结束操作，否则，返回第一判断模块。
优选的，所述各新能源场站的综合灵敏度的计算式如下：
上式中，Dc.i为第i个新能源场站的综合灵敏度，α为系统平均灵敏度的权重系数，Dsys.i为系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度，β为最低新能源场站短路比灵敏度的权重系数，为最低新能源场站短路比对第i个新能源场站的灵敏度，i∈[1,n]，n为待优化新能源场站中新能源场站总数。
第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的新能源发电功率分配优化方法。
第四方面，提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的新能源发电功率分配优化方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明提供了一种新能源发电功率分配优化方法，所述方法包括：步骤1.获取待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度，选择综合灵敏度绝对值最小的新能源场站，并判断其出力是否达到最大可发出力，若是，则从待优化新能源场站中剔除该新能源场站并重新执行所述步骤1，否则，转至步骤2；步骤2.增加所述综合灵敏度绝对值最小的新能源场站发电功率一个调整步长；步骤3.计算待优化新能源场站中各新能源场站的短路比，并得到短路比最小值与预设短路比参考值之间的差值；步骤4.若所述差值不大于预设偏差值或达到优化迭代次数，则结束操作，否则，返回步骤1。该技术方案综合考虑新能源接入后电网稳定水平与新能源容量量化关系，以及新能源多场站综合短路比灵敏度对于新能源场站接入容量的影响，依据新能源多场站综合短路比灵敏度迭代确定新能源机组出力，通过逐次迭代后能得出保证该地区短路比满足要求后的新能源极限发电功率，同时按此方法可得出新能源场站功率分配方案。并用实际电力系统进行验证，结果表明方法基于系统稳定水平量化评估的新能源分配优化方案是完全可操作的。根据算例结果可知，基于系统稳定水平量化评估的新能源分配优化方案可以有效提升新能源并网规模以及扰动故障下的系统稳定水平，说明了本发明提供的技术方案相对于按装机容量比例分配方法的合理性。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的新能源发电功率分配优化方法的主要步骤流程示意图；
图2是本发明实施例中XJZD地区实际电网结构示意图；
图3是本发明实施例中直流闭锁时机组电压变化曲线图；
图4是本发明实施例中短路比迭代过程曲线示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的新能源发电功率分配优化装置的主要结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
新能源多场站短路比指标考虑新能源间互相影响，能够表征新能源发电功率对电力系统稳定水平影响程度的指标，经大量仿真分析，当新能源多场站短路比在1.5以上时，新能源进入系统稳定状态，本发明利用该指标，结合新能源实时功率及发电预测，提出一种新能源发电功率分配优化方法处理新能源功率优化分配问题，能够在保安全稳定基础上的可再生能源的充分利用。
该方法能根据新能源机组多场站短路比的灵敏度合理制定新能源发电功率分配优化控制方案，在确保电力系统短路比要求，避免出现暂态电压控制、锁相同步稳定问题的基础上实现新能源最大规模并网，实现对可再生能源的充分利用。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的新能源发电功率分配优化方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的新能源发电功率分配优化方法主要包括以下步骤：
步骤1.获取待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度，选择综合灵敏度绝对值最小的新能源场站，并判断其出力是否达到最大可发出力，若是，则从待优化新能源场站中剔除该新能源场站并重新执行所述步骤1，否则，转至步骤2；
步骤2.增加所述综合灵敏度绝对值最小的新能源场站发电功率一个调整步长；
步骤3.计算待优化新能源场站中各新能源场站的短路比，并得到短路比最小值与预设短路比参考值之间的差值；
步骤4.若所述差值不大于预设偏差值或达到优化迭代次数，则结束操作，否则，返回步骤1。
综合灵敏度考虑了新能源场站增加功率后对系统平均稳定水平的影响，同时又考虑了对系统中稳定水平最低的新能源场站的影响，为避免短板效应，随着新能源功率增加导致稳定水平最低的新能源场站最先失稳，稳定水平最低的新能源场站灵敏度权重系数高于平均稳定水平灵敏度，本实施例中，所述各新能源场站的综合灵敏度的计算式如下：
上式中，Dc.i为第i个新能源场站的综合灵敏度，α为系统平均灵敏度的权重系数，Dsys.i为系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度，β为最低新能源场站短路比灵敏度的权重系数，为最低新能源场站短路比对第i个新能源场站的灵敏度，i∈[1,n]，n为待优化新能源场站中新能源场站总数。
在一个实施方式中，所述系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度的计算式如下：
上式中，Prei为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的有功功率，Mi为第i个新能源场站的短路比。
本发明实施例中，所述第i个新能源场站的短路比的计算式如下：
上式中，Saci为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的三相短路容量，Zij为第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子。
在一个实施方式中，所述第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子的计算式如下：
上式中，Zeqij为第i个新能源场站与第j个新能源场站的并网母线之间的交流电网等值阻抗，Zeqii为第i个新能源场站并网母线处的交流电网等值阻抗，Ui为第i个新能源场站的并网母线电压，Uj为第j个新能源场站的并网母线电压。
在一个实施方式中，按下式计算
为验证上文所提等短路比灵敏度的新能源场站发电功率最优分配方法的可行性及有效性，以XJZD地区实际电网为算例，如图2所示，分别对本文方法和等容量分配法进行对比仿真验证。XJZD地区风资源富集，新能源装机容量达550万千瓦，大规模新能源从低压690/400伏逐级升压千余倍接入750千伏电网汇集至直流送出，风电与主网电气距离较远，接入点近区无常规能源短路容量较低，在近区直流发生故障时暂态过电压问题突出。为避免新能源因暂态过电压脱网，按等容量分配时，在近区风电发电超过300万千瓦方式下，直流故障后部分风机将出现暂态过电压问题脱网，因此近区风电限额仅为300万千瓦，在大风期该地区风电受限严重。
表1展示的是按不同方法进行新能源场站功率分配方案对比，由表可知，基于等灵敏度方法下的新能源并网达到354万千瓦，远高于按装机容量比例分配的新能源并网容量。
表1按不同方法进行新能源场站功率分配方案对比
如图3所示为直流闭锁时机组电压变化曲线图，按装机容量比例分配300万千瓦时，直流故障后新能源汇集站暂态过电压最高为1.286p.u.。同时按等灵敏度准则分配300万千瓦新能源发电功率时，短路比最低达1.26p.u.，同等发电功率相较于按装机容量分配方案，系统稳定水平也有一定提升。从而验证本文所提方法的可行性和有效性。在等灵敏度方法以最低短路比为目标进行新能源场站功率分配，分配容量为350万千瓦时，直流故障后新能源汇集站暂态过电压也要低于按装机容量比例分配300万千瓦时的暂态过电压，为1.273p.u.。
如图4所示为实施例中短路比迭代过程，由图可知，在相同短路比时，基于系统稳定水平量化评估方法比基于传统方法接入的新能源量更大，实现了在确保安全稳定基础上的新能源最大化接入。
基于同一发明构思，本发明提供一种新能源发电功率分配优化装置，如图5所示，所述新能源发电功率分配优化装置包括：
第一判断模块，用于获取待优化新能源场站中各新能源场站的综合灵敏度，选择综合灵敏度绝对值最小的新能源场站，并判断其出力是否达到最大可发出力，若是，则从待优化新能源场站中剔除该新能源场站并重新执行第一判断模块，否则，转至优化模块；
优化模块，用于增加所述综合灵敏度绝对值最小的新能源场站发电功率一个调整步长；
计算模块，用于计算待优化新能源场站中各新能源场站的短路比，并得到短路比最小值与预设短路比参考值之间的差值；
第二判断模块，用于若所述差值不大于预设偏差值或达到优化迭代次数，则结束操作，否则，返回第一判断模块。
优选的，所述各新能源场站的综合灵敏度的计算式如下：
上式中，Dc.i为第i个新能源场站的综合灵敏度，α为系统平均灵敏度的权重系数，Dsys.i为系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度，β为最低新能源场站短路比灵敏度的权重系数，为最低新能源场站短路比对第i个新能源场站的灵敏度，i∈[1,n]，n为待优化新能源场站中新能源场站总数。
进一步的，所述系统所有场站短路比对于第i个新能源场站功率的平均灵敏度的计算式如下：
上式中，Prei为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的有功功率，Mi为第i个新能源场站的短路比。
进一步的，所述第i个新能源场站的短路比的计算式如下：
上式中，Saci为第i个新能源场站中发电设备电网侧接入点/场站并网点的注入的三相短路容量，Zij为第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子。
进一步的，所述第i个新能源场站与第j个新能源场站功率折算因子的计算式如下：
上式中，Zeqij为第i个新能源场站与第j个新能源场站的并网母线之间的交流电网等值阻抗，Zeqii为第i个新能源场站并网母线处的交流电网等值阻抗，Ui为第i个新能源场站的并网母线电压，Uj为第j个新能源场站的并网母线电压。
进一步的，按下式计算
进一步的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的新能源发电功率分配优化方法。
进一步的，本发明还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的新能源发电功率分配优化方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
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。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，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：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。