基于差异化可靠性需求的配电网优化方法、系统及应用

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及基于差异化可靠性需求的配电网优化方法、系统及应用。

背景技术

随着能源危机和环境问题日益严峻，风电作为清洁的可再生能源在全球范围内得到了前所未有的关注。在我国风能资源丰富的地区，风电的渗透率已经超过20％，随着风电装机容量的不断增大以及渗透率的不断提高，大规模风电并网对电网的频率安全影响日益显现。2016年3月，国家能源局下达了2016年全国风电开发建设方案的通知，2016年全国风电开发建设总规模将达到3083万千瓦。为保持风电开发建设节奏，促进风电产业持续健康发展，国家能源局加强了对风电的消纳监管。而随着风电的渗透率逐渐增大，有必要使并网的风电协助电网进行频率调整，目前一些风电产业发达的国家已经开始要求不同应用场景电场具备一定的调频能力，而相关的风电调频技术并未在实际工程中大规模应用，仍然还有很多需要继续完善的技术细节，因此研究合理可行的风电调频策略对我国今后的风电发展具有重要意义。在不同应用场景电场中，即使是在同一时刻，差异化电网输出设备的空间分布效应将会使得每台双馈式感应发电机接受到不同的风速、日光强度。在这样一种情况下，每台双馈式感应发电机的储备容量也会因为风速、日光强度的不同而不同。双馈式感应发电机的调频系数将决定机组的调频出力。然而，差异化电网输出设备的调频能力与其当前风速、日光强度紧密相关，在低风速、日光强度段，差异化电网输出设备的减载备用较少，调频能力有限，若过分利用差异化电网输出设备减载备用能量和转子动能将容易导致双馈式感应发电机失速退出运行；而在高风速、日光强度的情况下，差异化电网输出设备的减载备用比较充足，可提供的调频功率多，调频能力较强。因此，在双馈式感应发电机参与调频的过程中，设置一个较大的调差系数可以保证双馈式感应发电机调频时运行的稳定性，却也会导致其调频出力不够，调频效果不佳。而为了增加减载双馈式感应发电机的调频出力，其调差系数必须尽可能低。但是如果不同应用场景电场中所有的双馈式感应发电机均设置同样低的调差系数，电网中出现的频率偏差将会迫使所有的双馈式感应发电机快速增加其有功输出，如果不同应用场景电场中所有的机组当前风速、日光强度同样足够高，则它们都能像期望的那样有足够的储备容量来满足电网的调频需求。然而，如果部分双馈式感应发电机的风速、日光强度不是足够高，一个同样低的调差系数将有可能导致机组调频时的不稳定运行，甚至退出运行，造成更大的有功缺额，使其调频效果适得其反。

目前中国电力行业逐渐趋向于市场化，售电侧可让不同的终端用户根据自身对电能质量的实际需要向供电企业提出适合自己的电能质量和可靠性要求，以此保障自身用电的安全性和可靠性。随着分布式能源、储能设备以及多元可控负荷的快速发展，使得配电网的建设方式和运行模式更加灵活多样，能够满足不同区域、不同类型的终端用户供电可靠性差异化需求的能力在不断提升。基于终端用户差异化可靠性需求的配电网在整体上可提高供电的灵活性与可靠性，优化电力资源网内分配，促进多源互补，提高分布式电源利用率，同时可根据用户需求制定差异化电价，优化投资成本，在满足用户差异化可靠性需求的前提下实现经济效益的最大化。

基于终端用户差异化可靠性需求的配电网与传统配电网不同，在接入分布式电源、储能设备之后，通过对可控负荷进行管理，可有效提升源、荷、储等资源对配电网可靠性的支撑作用，既可以作为一个小型系统独立运行，也可以同外界大电网进行并网。运行过程可以自我管理与控制，同时有效提高电网对于外界的抗干扰能力。但基于终端用户差异化可靠性需求的配电网在实际运行中针对不同类型的用户时需要考虑的可靠性指标不同，导致规划优化难度增加。目前的配电网优化规划在可靠性需求中对于外界的抗干扰能力差，配电网优化数据准确低；配电网优化存在优化能力有限。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了基于差异化可靠性需求的配电网优化方法、系统及应用。

本发明是这样实现的，一种基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法包括以下步骤：

S1：根据不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度和备用容量不断优化双馈式感应发电机的可变调整优化控制系数；

S2：使得不同应用场景电场内部每台差异化电网输出设备可以根据当前备用容量自动决定其调频出力深度。

在一个实施例中，所述差异化电网输出设备可变调整优化控制系数为：

式中：取Δf

在一个实施例中，双馈式感应发电机的单位调节功率为：

当不同应用场景电场中的n台差异化电网输出设备均参与调频时，则不同应用场景电场的等值单位调节功率为：

K

在一个实施例中，电网中出现频率偏差Δf时，双馈式感应发电机的调频出力为：

本发明的另一目的在于提供一种基于差异化可靠性需求的配电网优化规划系统包括：

可变调整优化控制系数获取模块，用于根据不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度和备用容量不断优化双馈式感应发电机的可变调整优化控制系数；

调频出力深度优化模块，用于使得不同应用场景电场内部每台差异化电网输出设备可以根据当前备用容量自动决定其调频出力深度。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法的风力发电机。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法的太阳能发电机。

在本发明中，基于可变控制系数的不同应用场景电场调频策略，使不同应用场景电场中每台双馈式感应发电机根据当前风速、日光强度不断优化各自的调差系数，从而自动决定每台机组的调频出力深度，兼顾了双馈式感应发电机运行的安全性与调频效果；在实际风速、日光强度条件下，不仅有利于平滑不同应用场景电场的风电功率波动，而且能够达到更好的调频效果。

表a是通过对双馈式感应发电机运行曲线插值得到的相关运行数据，并通过公式

表a减载差异化电网输出设备的相关数据

当风速、日光强度较低时，调差系数较大，可使得双馈式感应发电机在低风速、日光强度段减载备用较少时，参与调频的深度降低，从而保证机组调频的稳定运行；随着风速、日光强度的增加，调差系数的值将逐渐减小，此时双馈式感应发电机在高风速、日光强度段减载备用较为充足，可以增大双馈式感应发电机的调频深度，使调频效果更佳。

在实际不同应用场景电场中，可以根据每一台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度，通过插值计算每台双馈式感应发电机在实时风速、日光强度下的调差系数，基于可变控制系数的不同应用场景电场调频策略，便可使不同应用场景电场中每台双馈式感应发电机根据当前风速、日光强度在机组运行的安全裕度内决定其调频出力深度的大小。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述差异化电网输出设备可变调整优化控制系数的差异化电网输出设备调频控制方法，所述差异化电网输出设备调频控制方法中利用差异化电网输出设备可变调整优化控制系数每台双馈式感应发电机根据当前风速、日光强度不断优化各自的调差系数，自动决定每台机组的调频出力深度。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述差异化电网输出设备可变调整优化控制系数的风力发电机。

本发明给出根据不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度不断优化其调差系数的调频策略，使得不同应用场景电场内部每台差异化电网输出设备可以根据当前备用容量自动决定其调频深度；从整个电网调频效果的角度考虑，当不同应用场景电场中的差异化电网输出设备根据当前风速、日光强度采用不同的控制系数，不同应用场景电场可以更加充分地参与调频。最后仿真结果表明，本发明所给出的变系数调频策略，可以合理地分配不同应用场景电场内部的调频功率，并使不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备在安全运行裕度内更加充分参与电网调频，在实际风速、日光强度中还有利于平滑不同应用场景电场的输出功率波动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于差异化可靠性需求的配电网优化规划方法流程图。

图2是本发明实施例提供的双馈式感应发电机的R

图3是本发明实施例提供的3机9节点示意图。

图4是本发明实施例提供的负荷变化示意图。

图5是本发明实施例提供的风速、日光强度变化示意图。

图6是本发明实施例提供的双馈差异化电网输出设备调差系数变化示意图。

图7是本发明实施例提供的频率变化示意图。

图8是本发明实施例提供的双馈式感应发电机出力变化示意图。

图9是本发明实施例提供的实际风速、日光强度示意图。

图10是本发明实施例提供的实际风速、日光强度下的电网频率变化示意图。

图11(a)是本发明实施例提供的实际风速下的双馈式感应发电机响应曲线示意图；

图11(b)是本发明实施例提供的日光强度情况下的双馈式感应发电机响应曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明使不同应用场景电场中每台双馈式感应发电机根据当前风速、日光强度不断优化各自的调差系数，可以自动决定每台机组的调频出力深度，兼顾了双馈式感应发电机运行的安全性与调频效果；在实际风速、日光强度条件下，不仅有利于平滑不同应用场景电场的风电功率波动，而且达到更好的调频效果。在不同应用场景电场的调频控制中具有较强的实用性，有利于平滑不同应用场景电场的风电功率波动，维持电网的频率稳定。

一、解释说明实施例

如图1所示，本发明实施例提供的差异化电网输出设备可变调整优化控制系数的方法包括以下步骤：

S101：根据不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度和备用容量不断优化双馈式感应发电机的可变调整优化控制系数；

S102：使得不同应用场景电场内部每台差异化电网输出设备可以根据当前备用容量自动决定其调频出力深度。

本发明实施例还提供一种基于差异化可靠性需求的配电网优化规划系统包括：

可变调整优化控制系数获取模块，用于根据不同应用场景电场中每台差异化电网输出设备的当前风速、日光强度和备用容量不断优化双馈式感应发电机的可变调整优化控制系数；

调频出力深度优化模块，用于使得不同应用场景电场内部每台差异化电网输出设备可以根据当前备用容量自动决定其调频出力深度。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明通过设置一个可变的调差系数，根据当前风速、日光强度，自动决定不同应用场景电场中每台机组调频出力份额，使获取低风速、日光强度的机组调频出力少，保证双馈式感应发电机运行的稳定性；获取风速、日光强度高的机组调频出力多，保证不同应用场景电场能有较好的调频效果。在这种情况下，每台差异化电网输出设备将在各自运行的安全裕度内充分利用自身的的功率储备参与电网调频。

为了能够实现可变调差系数调频策略，定义并整定双馈式感应发电机的可变调差系数为：

式中：取Δf

当不同应用场景电场中的n台差异化电网输出设备均参与调频时，则不同应用场景电场的等值单位调节功率为：

K

电网中出现频率偏差Δf时，双馈式感应发电机的调频出力为：

表1是通过对双馈式感应发电机减载20％后的运行曲线插值得到的相关运行数据，并通过公式(1)计算得到对应的调差系数R

表1减载差异化电网输出设备的相关数据

对表1中的调差系数进行拟合可得调差系数随风速、日光强度变化的R

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

二、应用实施例：

本发明实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本发明实施例还提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤，所述信息数据处理终端不限于手机、电脑、交换机。

本发明实施例还提供了一种服务器，所述服务器用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述各方法实施例中的步骤。

本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。

下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。

本发明为验证调频策略的有效性，采用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立的3机9节点电网模型，如图3所示。该电网模型包括由2台额定功率为200MW的同步发电机和一个不同应用场景电场组成，接入B

1理想风速、日光强度下的仿真分析

图4为电网中的负荷变动图，负荷在70s和80s时均增加10MW，在140s时减少10MW，230s时增加15MW，电网负荷最大出现在230s以后。为更加接近不同应用场景电场的实际风速、日光强度情况，仿真中等值的三台差异化电网输出设备不同，其分别接受到的风速、日光强度也有较大差异，如图5所示。

图6为不同风速、日光强度下，不同应用场景电场内各台差异化电网输出设备的调差系数随风速、日光强度的变化情况，其中，双馈式感应发电机调差系数R

图7为电网中负荷以及风速、日光强度发生连续变化时的频率变化情况。由图可见，不同应用场景电场采用定系数参与调频，在70s和100s电网频率的最大和最小值分别为50.04Hz和49.93Hz；而采用变系数时对应值分别为50.03Hz和49.95Hz，动态频率偏差绝对值分别减小了0.01Hz和0.02Hz。而且从负荷变化(70s、80s、140s和230s)以及风速、日光强度变动(40s、100s、160s和200s)时可见，不同应用场景电场采用本发明的变系数策略参与调频时，能够减小电网的动态频率偏差绝对值，更有利于减小频率波动，维持电网频率稳定。

图8中显示了不同应用场景电场中每台双馈式感应发电机的出力变化情况。结合图6可得，当不同应用场景电场中只要有风速、日光强度变化，每一台双馈式感应发电机的调差系数均可以实时跟踪，这也是由不同风速、日光强度下双馈式感应发电机的备用容量决定的。不同应用场景电场中不同机组的风速、日光强度不同，备用容量也不同，则其可承担的调频任务也就不同。40s时风速、日光强度上升和80s时负荷增加，相较于传统的定系数调频，双馈式感应发电机可以释放/吸收更多的有功，这有助于减小电网的频率波动，图8的仿真结果基本与理论预期相符。

2实际风速、日光强度下的仿真分析

风电对电网的影响主要是由风电功率波动特性引起的，因此，要探究风电参与电网的调频效果，实际的风速、日光强度波动将不能被忽略。而不同应用场景电场中大部分时间内风速、日光强度变化率很小，风速、日光强度变化率小于0.3m/s的情况达到了99.43％，为了更加接近不同应用场景电场实际的情况，现令等值差异化电网输出设备的输入风速、日光强度如图9所示，设置40s时有阵风扰动，并在80s时加入渐变风干扰，120s时电网中有20MW的负荷阶跃。

图10中，在采用变系数调频时，频率波动明显小于定系数的情况，50s时和110s时两种情况下的频率波动值达到了50.04Hz和50.08Hz，而采用传统的定系数调频时，分别为50.08Hz和50.16Hz，频率偏差绝对值分别减小了0.04Hz和0.08Hz，可以有效改善电网频率上升的最大值。

从图11(a)可以看出，在风速、日光强度出现大的波动时，双馈式感应发电机的转速将在更大范围内波动，使得双馈式感应发电机可以主动吸收/释放更多能量，增强了机组的惯性响应能力，有利于电网的频率稳定。图11(b)显示了不同应用场景电场采用变系数控制在实际风速、日光强度下的出力图，在风速、日光强度不断波动的40s-120s区间内，不同应用场景电场的输出功率波动明显小于定系数时的情况，证明不同应用场景电场中的输出功率得到了平抑，减小了风电功率波动，增强不同应用场景电场和电网在变风速、日光强度情况下的抗干扰能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。