基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法

劉曉宇， 王斌

(國網遼寧省電力有限公司丹東供電公司,遼寧 丹東 118000)

0 引 言

電力系統協同控制能夠幫助電力系統獲得更加強大的動態響應能力，此方法以一種柔和的方式在短時間內對聯絡線與頻率上的功率進行額定值恢復[1]。在建設智能電網的過程中，最具發展前景的發電能源就是風力。在電力系統中，風電所占的比重越來越大，發達國家的風力發電比重很多已經達到20%以上，然而風電是一種波動劇烈、具有明顯間歇性的能源，無法精確控制或預測，將風電并入電網后會嚴重影響電網的平穩運行，造成明顯的頻率波動，使電壓基頻波動較大，限制電力系統的風電準入功率穿透水平[2-4]。因此，必須對電力系統進行協同控制，從而實現大規模的風電并網。為對電力系統協同控制進行多樣化研究，提出一種基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法。

1 基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法

1.1 電網系統調頻信號頻譜分解

采用多維小波分解方法分解電網系統發電機組調頻信號時，假設重復放電會對調頻信號的幅值產生干擾影響[5]，因此，可以將信號幅值作為特征量，反映電力系統運行時的信號特點。運用調頻信號的極大值描述調頻信號的靈敏度，從而獲取信號的最大波峰為：

(1)

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

對電網系統發電機組調頻信號做頻譜分解，運用小波檢測設備將信號的時域特征量與時頻特征量進行聯系，并進行聯合參數預測。具體步驟如下：

(1) 運用小波檢測器降噪處理已采集好的電網系統發電機組調頻信號，假設在重復放電條件下采集得到的信號為隨機信號，則對該信號做多層小波尺度分解，并對其進行參數估計，得到相應的離散信號[6]。調頻信號的深度在一定程度上會對電力系統運行時的信號特性產生影響，該影響可以用式(2)描述。

(2)

式中:E為調頻信號深度對電力系統運行時信號特性的影響系數；i為系統中存在的離散信號，i=1,2,…,n；Ki為隨機信號。

(2) 將調頻信號時域特征量與時頻特征量的相關性進行對比，根據關聯規則挖掘方法，獲得調頻信號在每個特征量上的聚集情況，綜合分析得出重復放電下調頻信號的特征信息[7]。

在調頻信號中選取n個離散信號，則該調頻信號的頻譜就能夠利用調頻信號的離散傅里葉變換(DFT)結果進行描述。

(3)

(4)

式中:X為分解后的調頻信號；k1為頻域函數；k2為時域函數；n1為分解后離散信號的個數；n2為分解后調頻信號的個數。

將分解后的調頻信號X劃分為N組，每組中存在M個點。通常情況下，l的值為2的整數次冪，M與N同樣為2的整數冪，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系統調頻信號，以降低重復放電對各區域的影響。

1.2 構建電力系統協同控制模型

為實現上述建立的目標，在電力系統協同控制模型構建中以源網荷儲優化思想作為框架，對源網荷儲這4種電力系統協調優化元素進行拓展[9]，具體如表1所示。

表1 電力系統協調優化模型的元素拓展

參考多元素擴展結果，設計電力系統協同控制策略實現電力系統的協同控制[10]，達到對多源橫向互補與源網荷儲縱向協調控制的目的。設計的電力系統協同控制策略需要根據電壓外環計算電流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；Edp0為電壓外環估計值；Iu為接地處電流，其計算公式如式(6)所示。

(6)

式中:S為參考閾值。

根據協同控制中的宏變量，對控制變量進行計算，具體如式(7)所示。

(7)

式中:Uid、Uiq均為控制變量；ψ1為暫態信號；ψ2為振蕩信號；Ud為電壓位移過大；Uq為電壓位移過低。利用該式進行變量計算，實現電力系統的協同控制。

2 試驗測試

2.1 試驗設計

對設計的基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法進行試驗測試。

在構建的電力系統仿真模型中，電流傳感器與轉子側變換器之間需要添加一個理想變壓器，以折算定轉子側變比。構建的電力系統仿真模型如圖1所示。

圖1 電力系統仿真模型

利用基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法對構建的電力系統仿真模型進行協同控制試驗，在源網荷儲優化力度為30%～60%時，獲取電壓基頻數據。

2.2 試驗結果與分析

在源網荷儲優化力度為30%～60%時，基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法的電壓基頻試驗數據如圖2所示。

圖2 源網荷儲優化力度在30%～60%之間的電壓基頻試驗數據

分析圖2可知：源網荷儲優化力度為30%～40%時，電壓基頻整體在56.2～62.9 Hz之間波動；源網荷儲優化力度為40%～50%時，電壓基頻整體在56.7～59.2 Hz之間波動；源網荷儲優化力度為50%～60%時，電壓基頻整體在56.8～58.5 Hz之間波動。綜合整體試驗數據可知，在源網荷儲優化力度為30%～60%時，基于源網荷儲優化的電力系統協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定。

3 結束語

為解決電力系統控制中存在的各區域調頻控制偏差與電壓基頻波動較大的問題，提出基于源網荷儲優化的電力系統協同控制方法。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系統各發電機組的調頻信號頻譜，解決了電網各區域在運行中易受重復放電影響的問題。

(2) 考慮源網荷儲電力系統協同優化元素，通過構建電力系統協同控制模型，實現多源橫向互補與源網荷儲縱向協調。

經試驗驗證，該方法實現了電壓基頻的抑制，使電壓基頻越來越穩定，并且能夠有效降低調頻控制偏差，實現對電力系統的協同控制，對于電力系統動態響應能力的提升具有重要意義。