一種兼容facts設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法。包括發(fā)電計劃制定、超短期發(fā)電計劃校正、發(fā)電控制和基于安全的潮流校正，在滿足電力系統(tǒng)經(jīng)濟、安全約束的前提下，將常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備在時間尺度上進行協(xié)調，從而達到一定時間范圍內的潮流分布最優(yōu)。該方法不僅兼容于現(xiàn)有的電力系統(tǒng)潮流調控體系，而且具有較高的工程實用性。
【專利說明】
一種兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明裝置屬于新能源領域，涉及常規(guī)潮流控制手段與FACTS設備在時間尺度上 協(xié)調控制改善潮流分布，適用于電力系統(tǒng)的實時潮流控制。
【背景技術】
[0002]雖然FACTS(Flexible AC Transmission Systems，柔性交流輸電系統(tǒng)）設備技術 在提高線路的輸電能力、改善系統(tǒng)的潮流分布和提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能等方面效果明 顯，但是目前這項技術尚不夠完善。在發(fā)展的過程中，也出現(xiàn)了一些問題。其中包括如何提 高FACTS設備技術的設計水平、如何消除或盡可能的減小FACTS設備之間的交互影響等問 題。絕大部分FACTS設備技術是由串聯(lián)電力電子設備、并聯(lián)電力電子設備或者串并聯(lián)電力電 子設備組合而成的，其工作原理是通過快速調節(jié)電力元件的參數(shù)來達到改變電力系統(tǒng)中節(jié) 點的注入功率或支路的等效阻抗的目的，從而實現(xiàn)預期的控制目標。但是很多時候，由于設 計水平有限，限制了其在電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮其調節(jié)潮流、增強穩(wěn)定、提高電網(wǎng)傳輸能力等 方面的實際效果。
[0003]此外，F(xiàn)ACTS設備技術的單位造價過于昂貴。FACTS設備的最大優(yōu)點，在于其能快速 的控制電力系統(tǒng)狀態(tài)。但是電力系統(tǒng)中很多時候需要慢速的潮流調節(jié)，而一些常規(guī)的控制 設備就可以很好的完成相應任務，如可投切固定串補、可投切并聯(lián)電容等。因此，如何將 FACTS設備與現(xiàn)有的常規(guī)控制進行協(xié)調控制具有重要的意義。電網(wǎng)中的常規(guī)潮流控制設備 與FACTS設備將越來越多，其運行控制必將愈來愈復雜。因此有必要就其控制機理在大電網(wǎng) 的時間范圍內進行一定的區(qū)分與協(xié)調。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對前述【背景技術】中的缺陷和不足，提出一種兼容FACTS設備的 電力系統(tǒng)實時潮流控制方法。針對常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備在改善系統(tǒng)潮流分布方 面的效果(快與慢），將常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備的控制能力在時間尺度上進行劃分， 最終通過將常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備協(xié)調配合控制使用，從而達到改善系統(tǒng)潮流分 布的作用。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案如下，一種兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方 法，其特征在于，包括如下步驟：
[0006] 1)發(fā)電計劃制定，根據(jù)日前母線負荷預測數(shù)據(jù)、風電預測數(shù)據(jù)、水火電購電計劃數(shù) 據(jù)，通過動態(tài)規(guī)劃算法，優(yōu)化安排次日的各個時間段的負荷斷面，制定發(fā)電計劃，只使用常 規(guī)潮流控制設備控制系統(tǒng)的潮流分布；
[0007] 2)超短期發(fā)電計劃校正，根據(jù)負荷與電能的超短期預測數(shù)據(jù)，通過常規(guī)潮流控制 設備以及FACTS設備相互配合共同控制系統(tǒng)的潮流分布，對之前制定的發(fā)電計劃進行超短 期發(fā)電計劃校正；
[0008] 3)發(fā)電控制，在本階段常規(guī)潮流控制設備不參與潮流控制，通過FACTS設備控制系 統(tǒng)的潮流分布；
[0009] 當電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下將進行安全的潮流校正，具體為將由于電網(wǎng)故障產生的 安全約束作為約束條件加入發(fā)電計劃的制定和超短期發(fā)電計劃校正，此階段只通過FACTS 設備進行實時潮流控制。
[0010] 進一步的，所述步驟2)中對常規(guī)潮流控制設備以及FACTS設備相互配合采用的優(yōu) 化模型如下式：
[0011]
[0012] st.F(X,Uref,Vref)=0 (2)
[0013] xmin彡X彡Xmax(包含安全約束）（3)
[0014] Umin^U^Umax (4)
[0015] Vmin^V^Vmax (5)
[0016] 式中，Ofrrf-U1)為第i臺常規(guī)潮流控制設備的已使用的控制量，&1為與其對應的權 值;（v jrrf-vj)為第j臺FACTS設備的已使用的控制量，bj為與其對應的權值;為第i臺常規(guī) 潮流控制設備調整范圍的中間值、U 1為第i臺常規(guī)潮流控制設備實際投入量，為第j臺 FACTS設備調整范圍的中間值、Vj為第j臺FACTS設備實際投入量、X為狀態(tài)變量，Xmin為狀態(tài) 變量安全約束的最小值，X max為狀態(tài)變量安全約束的最大值;U為常規(guī)潮流控制設備實際投 入量，Umin常規(guī)潮流控制設備實際投入量安全約束的最小值，U max為常規(guī)潮流控制設備實際 投入量安全約束的最大值;V為FACTS設備實際投入量，Vmin為FACTS設備實際投入量安全約 束的最小值，V max為FACTS設備實際
[0017]投入量安全約束的最大值;Vref為FACTS設備調整范圍的中間值。
[0018] 進一步的，發(fā)電計劃的時間尺度是24小時，即24小時制定一次發(fā)電計劃;超短期發(fā) 電計劃校正的時間尺度是5~15分鐘，即每隔5~15分鐘進行一次超短期發(fā)電計劃校正;發(fā) 電控制的時間尺度是1~2分鐘，基于靜態(tài)安全的潮流校正的時間尺度是秒級（即60秒之 內）。
[0019] 本發(fā)明所帶來的有益效果如下：
[0020] (1)本發(fā)明能夠滿足常規(guī)潮流控制手段與FACTS設備用于改善潮流分布的限制條 件，并能夠提高FACTS設備的利用率。
[0021] (2)本發(fā)明能夠降低投資成本，避免浪費現(xiàn)象的發(fā)生。不僅帶來了經(jīng)濟優(yōu)勢，還帶 來了安全優(yōu)勢，即提高了系統(tǒng)的安全指標。
[0022] 綜上所述，本發(fā)明在原有的常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備的基礎上，將常規(guī)潮流 控制設備與FACTS設備在時間尺度上進行劃分，協(xié)調控制改善系統(tǒng)的潮流分布。此方法的實 現(xiàn)更加簡單可靠，具有較高的工程實用性。
[0023]摘要附圖
[0024]圖1為常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備參與潮流控制的時間尺度劃分圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一個簡單的3節(jié)點系統(tǒng)圖；
[0026]圖3位本發(fā)明中步驟2與步驟3的流程圖。 具體實施方案
[0027] 如圖1-3所示，本發(fā)明包括發(fā)電計劃制定、超短期發(fā)電計劃校正、發(fā)電控制和基于 安全的潮流校正。發(fā)電計劃制定的時間尺度是24小時，超短期發(fā)電計劃校正的時間尺度是 5min~15min，發(fā)電控制的時間尺度是lmin~2min，基于靜態(tài)安全的潮流校正的時間尺度是 秒級（即60秒之內）。本發(fā)明具體步驟如下：
[0028] 步驟1:所述發(fā)電計劃制定階段，主要任務是確定第二天的計劃發(fā)電量及其在各發(fā) 電機組之間的具體分配情況。計劃發(fā)電量就是在預計的日負荷曲線基礎上，加上適當數(shù)量 的熱備用容量。熱備用容量主要用于抵償由負荷波動、日負荷曲線誤差以及各種事故等引 起的功率缺額。在保證電網(wǎng)安全、可靠運行的前提下，經(jīng)濟性是制定日前計劃主要目標，因 此制定日前計劃需要進行優(yōu)化計算。日前計劃制定階段的控制變量包括發(fā)電機組的啟停狀 態(tài)、變壓器檔位、并聯(lián)電容電抗器的投切和檔位、啟動機組的有功出力等。
[0029] 日前計劃中把連續(xù)時間的優(yōu)化問題簡化為多時間斷面的優(yōu)化問題，一般將一天連 續(xù)的24個小時離散為96個時間斷面，即每15分鐘取一個時間斷面。日前計劃的目標不再是 連續(xù)24小時內的費用總和最低，而是考慮96個離散時刻的費用總和最低。日前計劃兼顧了 電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性與安全性。日前計劃是預測控制，相當于是給后面更短的時間尺度更精 確的控制提供一個基值。因此，在此時間尺度下只使用常規(guī)潮流控制設備控制系統(tǒng)潮流，保 證電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全穩(wěn)定性。而把盡可能多的FACTS設備的控制余量留給時間尺度 更短的控制備用。
[0030] 步驟2:所述超短期發(fā)電計劃校正階段，時間尺度為5min~15min，即5min~15min 校正一次。具體指根據(jù)負荷與電能的超短期(5min~15min)預測數(shù)據(jù)，對之前制定的發(fā)電計 劃進行校核與修正，以使電網(wǎng)運行狀態(tài)更接近實際要求。
[0031 ] 超短期計劃校正也屬于預測控制，為AGC(Automatic Generation Control，自動 發(fā)電控制）提供了一個基值。故應盡量使用常規(guī)潮流控制設備進行潮流控制來保證電網(wǎng)運 行的經(jīng)濟性與安全穩(wěn)定性，而把盡可能多的FACTS設備的控制余量，留給下一級發(fā)電控制階 段。具體常規(guī)潮流設備與FACTS設備的容量分配可通過添加如下優(yōu)化算法實現(xiàn)，優(yōu)化方程建 立在潮流方程的基礎上，即
[0032]
[0033] st.F(X,Uref,Vref)=0 (2)
[0034] Xmin彡X彡Xmax(包含安全約束）（3)
[0035] Umin^U^Umax (4)
[0036] Vmin^V^Vmax (5)
[0037] 式（1)中，OTref-U1)為第i臺常規(guī)潮流控制設備的已使用的控制量，ai為與其對應 的權值；（V jrrf-Vj)為第j臺FACTS設備的已使用的控制量，bj為與其對應的權值;％為第i臺 常規(guī)潮流控制設備調整范圍的中間值、U 1為第i臺常規(guī)潮流控制設備實際投入量，％為第j 臺FACTS設備調整范圍的中間值、Vj為第j臺FACTS設備實際投入量、X為狀態(tài)變量，Xmin為狀 態(tài)變量安全約束的最小值，X max為狀態(tài)變量安全約束的最大值;U為常規(guī)潮流控制設備實際 投入量，u_常規(guī)潮流控制設備實際投入量安全約束的最小值，Umax為常規(guī)潮流控制設備實 際投入量安全約束的最大值;V為FACTS設備實際投入量，Vmin為FACTS設備實際投入量安全 約束的最小值，V max為FACTS設備實際投入量安全約束的最大值;Vrrf為FACTS設備調整范圍 的中間值。
[0038] 基于上述優(yōu)化公式可知，在滿足一定條件下要使得目標函數(shù)值最小，就要使得權 值較大的項值更小，權值較大的項可以較大。從而通過上述優(yōu)化，在保證電網(wǎng)經(jīng)濟、安全穩(wěn) 定目標下，可預留較多的快速控制余量給下一級。
[0039] 在滿足潮流控制的經(jīng)濟、安全約束條件下，要想獲得上式的最小值，就必須協(xié)調配 合常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備。
[0040] 步驟3:所述發(fā)電控制階段，時間尺度為lmin~2min，是指融入現(xiàn)有的AGC平臺，每 lmin~2min進行一次的通過控制調整發(fā)電機組輸出功率來適應負荷波動的反饋控制。電力 系統(tǒng)中功率的不平衡將導致頻率的偏移，所以電網(wǎng)的頻率可以作為控制發(fā)電機輸出功率的 一個信息。
[0041] 在這個lmin~2min的時間尺度下，常規(guī)潮流控制設備已經(jīng)在前面階段被安排了一 些容量進行潮流控制。此時，在滿足電網(wǎng)安全約束的前提下，常規(guī)潮流控制設備不參與電力 系統(tǒng)的潮流控制，通過具有較多剩余調節(jié)容量的FACTS設備來改善系統(tǒng)的潮流分布。
[0042] 當電網(wǎng)處于故障情況下，電網(wǎng)的拓撲結構可能會發(fā)生變化，可以將這些安全約束 作為約束條件加入發(fā)電計劃制定和超短期發(fā)電計劃校正，進行實時控制。
[0043]基于靜態(tài)安全的潮流校正的時間尺度達到秒級，常規(guī)潮流控制手段已經(jīng)不能很好 的完成任務。此時，為了滿足安全約束條件，需要使用具有剩余調節(jié)容量的FACTS設備進行 實時控制。
[0044] 綜上所述，本發(fā)明在原有的常規(guī)潮流控制設備與FACTS設備的基礎上，將常規(guī)潮流 控制設備與FACTS設備在時間尺度上進行劃分，協(xié)調控制改善系統(tǒng)的潮流分布。此方法的實 現(xiàn)更加簡單可靠，具有較高的工程實用性。以下將介紹一個簡單的3節(jié)點系統(tǒng)用來說明常規(guī) 潮流控制設備與FACTS設備的協(xié)調配合問題。
[0045] 如圖2所示一個簡單的3節(jié)點系統(tǒng)圖，包含兩個發(fā)電機節(jié)點G和一個負荷節(jié)點L，3條 支路中一條支路裝設TCSC(Thyristor Controlled Series Compensation，可控串補），一 條裝設SC(固定串聯(lián)補償裝置）。在保證系統(tǒng)發(fā)電量與負荷量平衡的情況下，可通過分別調 節(jié)兩臺發(fā)電機的發(fā)電量來改變支路中的潮流，這屬于常規(guī)潮流調控手段;通過SC改變其所 在線路的阻抗大小，可以改變系統(tǒng)的潮流，但SC響應速度較慢(一般跟隨計劃投入或退出運 行，或依靠人工控制）屬于常規(guī)潮流調控設備，考慮到使用壽命，其每天被投入或退出次數(shù) 也有限。TCSC對系統(tǒng)潮流調控的原理與SC完全相同，但其響應速度要快得多，而且能實現(xiàn)串 入支路電抗的無極變化，當然的成本要遠高于SC。
[0046] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形 也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 發(fā)電計劃制定，根據(jù)日前母線負荷預測數(shù)據(jù)、風電預測數(shù)據(jù)、水火電購電計劃數(shù)據(jù)， 通過動態(tài)規(guī)劃算法，優(yōu)化安排次日的各個時間段的負荷斷面，制定發(fā)電計劃，這個時間段只 使用常規(guī)潮流控制設備控制系統(tǒng)的潮流分布； 2) 超短期發(fā)電計劃校正，根據(jù)負荷與電能的超短期預測數(shù)據(jù)，通過常規(guī)潮流控制設備 以及FACTS設備相互配合共同控制系統(tǒng)的潮流分布，對之前制定的發(fā)電計劃進行超短期發(fā) 電計劃校正； 3) 發(fā)電控制，在本階段常規(guī)潮流控制設備不參與潮流控制，只通過FACTS設備控制系統(tǒng) 的潮流分布； 當電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下將進行基于靜態(tài)安全的潮流校正，具體為將由于電網(wǎng)故障產 生的安全約束作為約束條件加入發(fā)電計劃的制定和超短期發(fā)電計劃校正，此階段只通過 FACTS設備進行實時潮流控制。2. 根據(jù)權利要求1所述的兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法，其特征在于， 所述步驟2)中對常規(guī)潮流控制設備以及FACTS設備相互配合采用的優(yōu)化模型如下式：St. F(X,Uref,Vref)=0 (2) Xmin^X^Xmax (3) Umin^U^Umax (4) Vmin^V^Vmax (5) 式中，（U1re3f-U1)為第i臺常規(guī)潮流控制設備的已使用的控制量，ai為與其對應的權值； (Vjref-Vj)為第j臺FACTS設備的已使用的控制量，bj為與其對應的權值;為第i臺常規(guī)潮 流控制設備調整范圍的中間值、Ui為第i臺常規(guī)潮流控制設備實際投入量，Cjf為第j臺FACTS 設備調整范圍的中間值、Vj為第j臺FACTS設備實際投入量、X為狀態(tài)變量，Xmin為狀態(tài)變量安 全約束的最小值，X max為狀態(tài)變量安全約束的最大值;U為常規(guī)潮流控制設備實際投入量， 1]_常規(guī)潮流控制設備實際投入量安全約束的最小值，Umax為常規(guī)潮流控制設備實際投入量 安全約束的最大值;V為FACTS設備實際投入量，V min為FACTS設備實際投入量安全約束的最 小值，Vmax為FACTS設備實際投入量安全約束的最大值;V rrf為FACTS設備調整范圍的中間值。3. 根據(jù)權利要求1所述的兼容FACTS設備的電力系統(tǒng)實時潮流控制方法，其特征在于： 發(fā)電計劃的時間尺度是24小時，即24小時制定一次發(fā)電計劃;超短期發(fā)電計劃校正的時間 尺度是5~15分鐘，即每隔5~15分鐘進行一次超短期發(fā)電計劃校正;發(fā)電控制的時間尺度 是1~2分鐘，基于靜態(tài)安全的潮流校正的時間尺度是秒級。
【文檔編號】H02J3/06GK105896543SQ201610368434
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】陳謙, 曹國芳, 秦川, 李卓然, 金宇清, 余方召, 張正利, 周榮玲, 黃磊
【申請人】河海大學