考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法

馬 曦，張靜楊，牛 聰

（國網(wǎng)西咸新區(qū)供電公司，陜西 西咸新區(qū) 712000）

0 引 言

隨著電力行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)、現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用到行業(yè)建設(shè)中，在此過程中考慮到計算機(jī)技術(shù)可以高效、精確地處理海量的數(shù)據(jù)，而且還可以方便地利用網(wǎng)絡(luò)通信來傳遞指令和相關(guān)數(shù)據(jù)。因此，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制技術(shù)的應(yīng)用可以起到提高電網(wǎng)工作效率的作用[1]。按照此種方式，進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行管理，可以在電網(wǎng)運(yùn)行中及時感知其安全隱患，降低由于人的操縱而造成的電力輸電異常現(xiàn)象，有效改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)，提高電力系統(tǒng)的可靠性，延長其使用壽命。在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，要確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，就必須實現(xiàn)電網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)。利用自動化控制技術(shù)，使電力系統(tǒng)調(diào)度工作的實施變得更加科學(xué)、合理，通過此種方式便可以切實保障電網(wǎng)供電質(zhì)量，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為了對電力系統(tǒng)進(jìn)行合理的調(diào)度控制，必須根據(jù)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、所有電力設(shè)備的運(yùn)行狀況、技術(shù)指標(biāo)等數(shù)據(jù)信息，采用自動化控制技術(shù)，準(zhǔn)確、全面地獲取各類信息與數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)，及時向終端技術(shù)人員反饋，為調(diào)度決策等相關(guān)工作的實施提供可靠參考依據(jù)[2]。但目前，我國相關(guān)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制的研究仍局限在理論層面，要實現(xiàn)相關(guān)工作的推廣，本文將在此次研究中開展考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法的設(shè)計研究，為末端用戶用電提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1 考慮高載能負(fù)荷建立分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)電源模型

為實現(xiàn)對電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化控制，開展相關(guān)研究前，應(yīng)在考慮高載能負(fù)荷的條件下，建立分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電源模型[3]。根據(jù)高載能負(fù)荷電網(wǎng)的恒功率因數(shù)運(yùn)行方式進(jìn)行電網(wǎng)中雙饋機(jī)無功功率的平衡，假定分布式電源的定子側(cè)功率因數(shù)保持不變，則電源定子繞組有功功率與無功功率之間的關(guān)系為

式中：Qs為電源定子繞組的有功功率；Ps為電源定子繞組的無功功率；φ為功率因數(shù)。在考慮發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定的條件下，建立分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)的電源模型為

式中：Zi為分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)中第i條支路的電源模型；M為自阻抗；T為系統(tǒng)輸出的恒定電壓。按照上述方式，完成分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)電源模型的構(gòu)建。

2 設(shè)計系統(tǒng)調(diào)度控制目標(biāo)函數(shù)

在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，應(yīng)明確分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)中的機(jī)組通過電子接口相連，即低壓線路可以直接接入智能電網(wǎng)[4]?？刂七^程中，為降低對電能資源的浪費(fèi)，提高對新能源的利用率，提升電力系統(tǒng)的消納能力，在兼顧調(diào)度公平性的前提下，將最小棄風(fēng)作為控制目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)為

式中：f為最小棄風(fēng)作為控制目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式；W為權(quán)重系數(shù)；Δp為最小棄風(fēng)優(yōu)化調(diào)整量；Ω為分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的支路數(shù)量；r為電廠容量。按照上述方式，完成目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建。

3 電力系統(tǒng)調(diào)度安全約束與最小棄風(fēng)控制

為確保構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)可以在實際應(yīng)用中發(fā)揮預(yù)期效果，對電力系統(tǒng)調(diào)度過程中的Δp進(jìn)行安全約束[5]。約束條件為

式中：p為調(diào)度過程中電力系統(tǒng)的最小棄風(fēng)量；E為變量更新速度。自動化調(diào)度過程中，先將最小棄風(fēng)量作為依據(jù)，進(jìn)行電能的調(diào)度，逐步增加電能調(diào)度量，通過此種方式降低調(diào)度控制中對能源的浪費(fèi)，從而實現(xiàn)對電力系統(tǒng)調(diào)度的安全約束與最小棄風(fēng)控制，完成考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法設(shè)計。

4 實例應(yīng)用分析

上文從3 個方面完成了考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法的設(shè)計，為實現(xiàn)對控制方法在實際應(yīng)用中效果的檢驗，將以某地區(qū)大型分布式發(fā)電站為例，在將其作為試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照本文方法提出的步驟進(jìn)行分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化控制。為確保相關(guān)工作的實施達(dá)到預(yù)期效果，調(diào)度前，對試點(diǎn)單位的電網(wǎng)與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)成進(jìn)行分析，相關(guān)內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 分布式發(fā)電站關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)成

掌握分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)后，設(shè)定電力系統(tǒng)中分布式電源的技術(shù)參數(shù)，相關(guān)內(nèi)容如表1 所示。

按照上述方式，完成本次實驗的準(zhǔn)備工作，在此基礎(chǔ)上，使用本文設(shè)計的方法進(jìn)行電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化控制?？刂七^程中，根據(jù)關(guān)鍵輸電節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成，從考慮高載能負(fù)荷角度出發(fā)，建立分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)電源模型。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行與末端的控制需求，設(shè)計分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度控制目標(biāo)函數(shù)，為確保設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)發(fā)揮預(yù)期效果，對函數(shù)進(jìn)行安全約束。最后，通過對電力系統(tǒng)調(diào)度過程中的棄風(fēng)控制，完成本文方法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

將自動化控制前后電力系統(tǒng)輸電中配電節(jié)點(diǎn)的消納能力作為評價本文設(shè)計方法可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。其中，消納能力主要是指分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)在發(fā)電后，將未完全使用電能調(diào)度到需求負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的能力。電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)消納能力的計算公式為

式中：P為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)消納能力；L為輸電距離；K為電網(wǎng)最小負(fù)荷值；S為電力系統(tǒng)輸電過程中的網(wǎng)損值；r為電力負(fù)荷儲備量。對計算結(jié)果P進(jìn)行量化，定義P的取值為0 ～10，其值越接近于10，說明電力系統(tǒng)的消納能力越強(qiáng)，即分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制效果越好；反之，其值越接近于0，說明電力系統(tǒng)的消納能力越弱，即分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制效果越差。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化控制，對連續(xù)節(jié)點(diǎn)在控制前與控制后的消納能力計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，相關(guān)內(nèi)容如表2 所示。

表2 連續(xù)節(jié)點(diǎn)在控制前與控制后的消納能力計算結(jié)果

從表2 所示的實驗結(jié)果可以看出，連續(xù)節(jié)點(diǎn)在控制前的消納能力為5 ～7，連續(xù)節(jié)點(diǎn)控制后的消納能力＞9。由此，得到如下實驗結(jié)論：本文設(shè)計的考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法的實際應(yīng)用效果良好，按照該方法進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化控制可以有效提高連續(xù)節(jié)點(diǎn)的消納能力，通過此種方式提高對電網(wǎng)中分布式能源的利用率，發(fā)揮電力系統(tǒng)在區(qū)域供電服務(wù)中的更高價值與效能。

5 結(jié) 論

分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制技術(shù)可以全程監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，通過對輸電節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的感知、分析與評估，為保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供技術(shù)層面的保障。因此，相關(guān)部門有必要結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際需求，加大對此方面內(nèi)容研究的投入，并將其運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域中，以此全面提升電力行業(yè)的現(xiàn)代化與工業(yè)化發(fā)展能力。通過對電網(wǎng)調(diào)度的控制，可以提高電網(wǎng)調(diào)度工作的效率，為落實此項工作，助力電力行業(yè)的發(fā)展，本文在此次研究中通過建立分布式并網(wǎng)電力系統(tǒng)電源模型、設(shè)計分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度控制目標(biāo)函數(shù)、電力系統(tǒng)調(diào)度安全約束與最小棄風(fēng)控制，完成了考慮高載能負(fù)荷的分布式電源并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化控制方法的設(shè)計研究。完成設(shè)計后，該方法通過實驗證明了可以有效提高連續(xù)節(jié)點(diǎn)的消納能力，因此在后續(xù)的工作中，根據(jù)行業(yè)發(fā)展的具體需求，加大對本文方法的推廣使用，推動我國電力行業(yè)的規(guī)范化建設(shè)與持續(xù)化發(fā)展。