基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法

劉曉宇， 王斌

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司丹東供電公司,遼寧 丹東 118000)

0 引 言

電力系統(tǒng)協(xié)同控制能夠幫助電力系統(tǒng)獲得更加強(qiáng)大的動態(tài)響應(yīng)能力，此方法以一種柔和的方式在短時(shí)間內(nèi)對聯(lián)絡(luò)線與頻率上的功率進(jìn)行額定值恢復(fù)[1]。在建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中，最具發(fā)展前景的發(fā)電能源就是風(fēng)力。在電力系統(tǒng)中，風(fēng)電所占的比重越來越大，發(fā)達(dá)國家的風(fēng)力發(fā)電比重很多已經(jīng)達(dá)到20%以上，然而風(fēng)電是一種波動劇烈、具有明顯間歇性的能源，無法精確控制或預(yù)測，將風(fēng)電并入電網(wǎng)后會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，造成明顯的頻率波動，使電壓基頻波動較大，限制電力系統(tǒng)的風(fēng)電準(zhǔn)入功率穿透水平[2-4]。因此，必須對電力系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)。為對電力系統(tǒng)協(xié)同控制進(jìn)行多樣化研究，提出一種基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法。

1 基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法

1.1 電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻信號頻譜分解

采用多維小波分解方法分解電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻信號時(shí)，假設(shè)重復(fù)放電會對調(diào)頻信號的幅值產(chǎn)生干擾影響[5]，因此，可以將信號幅值作為特征量，反映電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的信號特點(diǎn)。運(yùn)用調(diào)頻信號的極大值描述調(diào)頻信號的靈敏度，從而獲取信號的最大波峰為：

(1)

式中:zmax為調(diào)頻信號的最大波峰；m1為原始調(diào)頻信號；m2為調(diào)頻信號變化幅值；x為時(shí)域特征量；y為時(shí)頻特征量；zxy為調(diào)頻信號的靈敏度；max(zxy)為調(diào)頻信號靈敏度的最大值；min(zxy)為調(diào)頻信號靈敏度的最小值。

對電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻信號做頻譜分解，運(yùn)用小波檢測設(shè)備將信號的時(shí)域特征量與時(shí)頻特征量進(jìn)行聯(lián)系，并進(jìn)行聯(lián)合參數(shù)預(yù)測。具體步驟如下：

(1) 運(yùn)用小波檢測器降噪處理已采集好的電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻信號，假設(shè)在重復(fù)放電條件下采集得到的信號為隨機(jī)信號，則對該信號做多層小波尺度分解，并對其進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到相應(yīng)的離散信號[6]。調(diào)頻信號的深度在一定程度上會對電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的信號特性產(chǎn)生影響，該影響可以用式(2)描述。

(2)

式中:E為調(diào)頻信號深度對電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)信號特性的影響系數(shù)；i為系統(tǒng)中存在的離散信號，i=1,2,…,n；Ki為隨機(jī)信號。

(2) 將調(diào)頻信號時(shí)域特征量與時(shí)頻特征量的相關(guān)性進(jìn)行對比，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，獲得調(diào)頻信號在每個(gè)特征量上的聚集情況，綜合分析得出重復(fù)放電下調(diào)頻信號的特征信息[7]。

在調(diào)頻信號中選取n個(gè)離散信號，則該調(diào)頻信號的頻譜就能夠利用調(diào)頻信號的離散傅里葉變換(DFT)結(jié)果進(jìn)行描述。

(3)

(4)

式中:X為分解后的調(diào)頻信號；k1為頻域函數(shù)；k2為時(shí)域函數(shù)；n1為分解后離散信號的個(gè)數(shù)；n2為分解后調(diào)頻信號的個(gè)數(shù)。

將分解后的調(diào)頻信號X劃分為N組，每組中存在M個(gè)點(diǎn)。通常情況下，l的值為2的整數(shù)次冪，M與N同樣為2的整數(shù)冪，這樣便于頻譜分解[8]。通過任意一組頻譜分解的輸出值均能獲得完整的電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻信號，以降低重復(fù)放電對各區(qū)域的影響。

1.2 構(gòu)建電力系統(tǒng)協(xié)同控制模型

為實(shí)現(xiàn)上述建立的目標(biāo)，在電力系統(tǒng)協(xié)同控制模型構(gòu)建中以源網(wǎng)荷儲優(yōu)化思想作為框架，對源網(wǎng)荷儲這4種電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化元素進(jìn)行拓展[9]，具體如表1所示。

表1 電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的元素拓展

參考多元素?cái)U(kuò)展結(jié)果，設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的協(xié)同控制[10]，達(dá)到對多源橫向互補(bǔ)與源網(wǎng)荷儲縱向協(xié)調(diào)控制的目的。設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)協(xié)同控制策略需要根據(jù)電壓外環(huán)計(jì)算電流Id的參考值，具體如式(5)所示。

(5)

式中:Id-ref為電流Id的參考值；udc為電壓位移；udcref為udc的參考值；Uidp0為電壓外環(huán)；Edp0為電壓外環(huán)估計(jì)值；Iu為接地處電流，其計(jì)算公式如式(6)所示。

(6)

式中:S為參考閾值。

根據(jù)協(xié)同控制中的宏變量，對控制變量進(jìn)行計(jì)算，具體如式(7)所示。

(7)

式中:Uid、Uiq均為控制變量；ψ1為暫態(tài)信號；ψ2為振蕩信號；Ud為電壓位移過大；Uq為電壓位移過低。利用該式進(jìn)行變量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的協(xié)同控制。

2 試驗(yàn)測試

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對設(shè)計(jì)的基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法進(jìn)行試驗(yàn)測試。

在構(gòu)建的電力系統(tǒng)仿真模型中，電流傳感器與轉(zhuǎn)子側(cè)變換器之間需要添加一個(gè)理想變壓器，以折算定轉(zhuǎn)子側(cè)變比。構(gòu)建的電力系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)仿真模型

利用基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法對構(gòu)建的電力系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行協(xié)同控制試驗(yàn)，在源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為30%～60%時(shí)，獲取電壓基頻數(shù)據(jù)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為30%～60%時(shí)，基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法的電壓基頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度在30%～60%之間的電壓基頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析圖2可知：源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為30%～40%時(shí)，電壓基頻整體在56.2～62.9 Hz之間波動；源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為40%～50%時(shí)，電壓基頻整體在56.7～59.2 Hz之間波動；源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為50%～60%時(shí)，電壓基頻整體在56.8～58.5 Hz之間波動。綜合整體試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在源網(wǎng)荷儲優(yōu)化力度為30%～60%時(shí)，基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法的電壓基頻波動范圍越來越窄，即電壓基頻越來越穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

為解決電力系統(tǒng)控制中存在的各區(qū)域調(diào)頻控制偏差與電壓基頻波動較大的問題，提出基于源網(wǎng)荷儲優(yōu)化的電力系統(tǒng)協(xié)同控制方法。該研究的成果主要有以下幾方面。

(1) 通過多維小波分解方法分解電網(wǎng)系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻信號頻譜，解決了電網(wǎng)各區(qū)域在運(yùn)行中易受重復(fù)放電影響的問題。

(2) 考慮源網(wǎng)荷儲電力系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化元素，通過構(gòu)建電力系統(tǒng)協(xié)同控制模型，實(shí)現(xiàn)多源橫向互補(bǔ)與源網(wǎng)荷儲縱向協(xié)調(diào)。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方法實(shí)現(xiàn)了電壓基頻的抑制，使電壓基頻越來越穩(wěn)定，并且能夠有效降低調(diào)頻控制偏差，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的協(xié)同控制，對于電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力的提升具有重要意義。