一种风力调度优化系统和方法与流程

1.本发明属于电力领域，尤其涉及一种风力调度优化系统和方法。


背景技术：

2.风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，因此越来越多的国家更加重视风力发电。风力发电迅速大规模的发展带来效益背后，虽然新能源具有很多传统能源所不具备的独特特点，由于风能发电的不确定性给发电系统运行的出力预测带来了很大的困难，并且因为风力能源的间歇性，导致瞬时误差难以消除，影响预测的准确性。
3.另一方面，风力发电机组在配合常规火力发电组参与调度时，由于火力机组的最小启停机时长约束以及出力上下约束，在运行过程中会挤压风力发电的消纳空间，造成了风力的弃用现象，随着风里发电的不断接入电网，改区域电网的传统结构，使其逐渐由无源结构向有源结构转化，传统的电网的机构和调度方式面临巨大挑战。


技术实现要素：

4.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种风力调度优化系统和方法，具体技术方案如下：本发明提供一种风力调度优化系统，适用于电力网络，所述电力网络包括电力发电场，所述风力发电场包括多个风机组，所述风机组连接发电机组，所述发电机组产生并输送电能至电网；所述风力调度优化系统包括：时间尺度优化模块，用于进行日前优化调度和日内优化调度以协调所述输送电能至电网的过程；空间尺度优化模块，用于优化所述风力发电场的区域划分；电机功率优化模块，用于优化发电机的功率；无功补偿模块，用于协调所述风力发电场与所述电网之间的无功配合。
5.优选的，所述日前优化调度，包括：若所述风力发电场的日前负荷与总发电机组出力的差值大于0，则查询各储能单元状态；其中，若所述差值在储能单元运行约束内，则判定电池放电满足负荷缺额功率，对应优化各所述储能单元的放电功率；若所述差值超出所述储能单元运行约束，则向上级电网购电，同时优化所述储能单元的放电量及与上级电网交换功率计划。
6.优选的，所述日前优化调度，包括：若所述风力发电场的日前负荷与总发电机组出力的差值小于0，则查询各储能单元状态；其中，若所述差值在储能单元运行约束内，则判定电池充电满足负荷缺额功率，对应优化所述储能单元的充电功率；若所述差值超出储能单元运行约束，则向上级电网卖电，同时优化储能单元的充电量及与上级电网交换功率计划。
7.优选的，所述日内优化调度，包括：对所述电力网络的当前时刻t的实时运行状态进行采样，采样对象包括所述风力发电场、储能单元和负荷；对负荷功率、风力发电场发电情况进行预测，得到对应的预测结果；建立优化调度模型，并确定对应的目标函数。
8.优选的，所述优化所述风力发电场的区域划分，包括：将所述电网内的风力发电场
进行区域划分；各分区内各自选择平衡节点，设置分区内的数据初始值，设置边界初始变量，最高迭代次数k，令迭代次数为0；全部子区域内同步选择独立的优化算法进行计算；所有子区域优化完成后，相邻区域之间交换边界信息，并进行计算判断，如果两组相邻的边界信息差值满足收敛条件，则迭代停止，输出最优解，若没有，则进行下一步；令迭代次数加1，若迭代次数大于最初设定的最大迭代次数，则停止迭代，所述优化系统无法收敛；若不大于，则更新相邻边界信息，并重新进行选择所述优化算法以完成迭代。
9.优选的，所述协调风力发电场与电网之间的无功配合，包括：当所述风力发电场获取接入地区电网的无功需求后，在场内各台风机之间对此无功需求进行统一调度分配；所述风力发电场和其附加的无功补偿模块发出无功功率以维持所述电网的电压水平，调整整个电网的功率因数，保证电网无功功率平衡。
10.优选的，所述日内优化调度，方法还包括：根据日前调度计划，得到未来t 1、t 2、
…
、t n时刻的修正指令序列；将所述修正指令序列的第一条指令应用于滚动修整，在t 1时刻更新所述电子系统的运行状态，重复直到满足时间内优化过程。
11.本发明提供一种风力调度优化方法，适用于上述系统，包括：通过所述时间尺度优化模块，进行日前优化调度和日内优化调度以协调所述输送电能至电网的过程；通过所述空间尺度优化模块，优化所述风力发电场的区域划分；通过所述电机功率优化模块，优化所述发电机的功率；通过所述无功补偿模块，协调所述风力发电场与所述电网之间的无功配合。
12.发明的有益效果为：通过时间尺度优化模块进行日前优化调度和日内优化调度以协调所述输送电能至电网的过程，可以提高电能调度的效率；空间尺度优化模块优化所述风力发电场的区域划分，可以提高作为风电源头的发电场的管理能力；电机功率优化模块优化发电机的功率，可以提高电机的效率；无功补偿模块协调所述风力发电场与所述电网之间的无功配合，可以降低电网与风力发电场之间的冲突。
附图说明
13.图1是根据本发明的电力网络的示意图；图2是根据本发明的调度框架的示意图；图3是根据本发明的调度中心流程框图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
16.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下
文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
17.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
18.为了解决或者改善对背景所提出的问题，本发明提供一种风力调度优化系统，适用于电力网络，所述电力网络包括电力发电场，所述风力发电场包括多个风机组，所述风机组连接发电机组，所述发电机组产生并输送电能至电网；所述风力调度优化系统包括：时间尺度优化模块，用于进行日前优化调度和日内优化调度以协调所述输送电能至电网的过程；空间尺度优化模块，用于优化所述风力发电场的区域划分；电机功率优化模块，用于优化发电机的功率；无功补偿模块，用于协调所述风力发电场与所述电网之间的无功配合。
19.风力调度优化系统，连接如图1所示电力网络，电力网络简称为电网包括风力发电场，风力发电场包括多个风机组，风机组连接有齿轮箱，齿轮箱连接有发电机组，发电机组连接功率变化器，功率变化器通过电容器组连接有变压器，通过变压器将风力发电场产生的电能输送至电网；风力调度优化系统对风力发电场产生的电能在接入电网时进行优化。如图2所示调度框架，在调度的工作现场存在风力调度优化系统的上级，即调度中心，用于控制风力调度优化系统，简称位优化系统，优化系统包括时间尺度优化模块、空间尺度优化模块、电机功率优化模块；风力发电场与电网之间的无功配合包括附加的无功补偿装置向电网输出的无功，当风力发电场获取接入地区电网的无功需求后，在场内各台风机之间对此无功需求进行统一调度分配；风电场和其附加的无功补偿装置发出的无功功率能够维持电网电压水平，调整整个电网的功率因数，保证电网无功功率平衡。
20.如图3所示调度中心流程框图，风电场调度中心，其输入包括控制目标和有功出力限制，其中，控制目标的核心是电网稳定，具体是现实控制目标的各种参数；有功出力限制的核心是电网调度的过程，需要通过调度中心实现。调度中心用于控制风机组1~n。
21.所述日前优化调度，包括：若所述风力发电场的日前负荷与总发电机组出力的差值大于0，则查询各储能单元状态；其中，若所述差值在储能单元运行约束内，则判定电池放电满足负荷缺额功率，对应优化各所述储能单元的放电功率；若所述差值超出所述储能单元运行约束，则向上级电网购电，同时优化所述储能单元的放电量及与上级电网交换功率计划。
22.所述日前优化调度，包括：若所述风力发电场的日前负荷与总发电机组出力的差值小于0，则查询各储能单元状态；其中，若所述差值在储能单元运行约束内，则判定电池充电满足负荷缺额功率，对应优化所述储能单元的充电功率；若所述差值超出储能单元运行约束，则向上级电网卖电，同时优化储能单元的充电量及与上级电网交换功率计划。
23.所述日内优化调度，包括：对所述电力网络的当前时刻t的实时运行状态进行采样，采样对象包括所述风力发电场、储能单元和负荷；对负荷功率、风力发电场发电情况进行预测，得到对应的预测结果；建立优化调度模型，并确定对应的目标函数。
24.所述时间尺度优化模块用于执行日前优化调度和日内优化调度；其中，所述日前优化调度的方法为：计算风力发电场日前负荷与总发电机组出力之和的差值，将其记为d，若d大于0，则说明风力发电场负荷需求高于系统发电单元的总出力，此时需要查询储能单元状态，若d在储能单元运行约束内（储能单元运行约束是一系列
约束条件，可以用数值表示），则说明电池放电满足负荷缺额功率，同时优化储能单元放电功率，若d超出储能单元运行约束，则本级的电力网络向上级电网购电，同时优化储能单元放电量及上级交换功率计划。优化储能单元放电量的原理具体可以为根据放电需求、实际存储量和限定时间，使放电量*限定时间（现实中略小与限定时间）=放电需求。交换功率计划同理，交换总量/限定时间=放电需求。
25.若d小于0，电力网络负荷需求小，发电单元超出负荷需求，查询储能单元状态，若d在储能单元运行约束内，则电池充满电满足负荷缺额功率，同时优化储能单元放电功率，若d超出储能单元运行约束，则向上级电网卖电，同时优化储能单元放电量及上级交换功率计划。
26.所述日内优化调度的方法具体步骤包括：步骤一，对系统的当前时刻t的实时运行状态进行采样，采样数据为风力发电场、储能单元、负荷功率；步骤二，对负荷、风力发电场发力情况进行预测，得到负荷功率、风力发电场的预测结果；步骤三，建立优化调度模型，确定目标函数。
27.所述日内优化调度的方法还包括以下步骤：步骤四，对比日前调度计划安排，得到未来t 1、t 2、
…
、t n时刻的修正指令序列；步骤五，将修正指令序列的第一条指令应用于滚动修整，在t 1时刻更新优化系统（或者电力网络）的运行状态，重复上述步骤，直到满足时间内优化过程结束。
28.所述空间尺度优化模块对电网空间内的优化方法包括：步骤1，将电网内的风力发电场进行区域划分；步骤2，各分区内各自选择平衡节点，设置分区内的数据初始值，设置边界初始变量，最高迭代次数k，令迭代次数为0；步骤3，全部子区域内同步选择独立的优化算法进行计算；步骤4，所有字区域优化完成后，相邻区域之间交换边界信息，并进行计算判断，如果两组相邻的边界信息差值满足收敛条件，则迭代停止，输出最优解，若没有，则进行下一步；步骤5，令迭代次数加1，若迭代次数大于最初设定的最大迭代次数，则停止迭代，优化系统无法收敛，若没有，则更新相邻边界信息，并跳转至步骤3重新进行迭代。
29.所述优化所述风力发电场的区域划分，包括：电网内的风力发电场进行区域划分；各分区内各自选择平衡节点，设置分区内的数据初始值，设置边界初始变量，最高迭代次数k，令迭代次数为0；全部子区域内同步选择独立的优化算法进行计算；所有子区域优化完成后，相邻区域之间交换边界信息，并进行计算判断，如果两组相邻的边界信息差值满足收敛条件，则迭代停止，输出最优解，若没有，则进行下一步；令迭代次数加1，若迭代次数大于最初设定的最大迭代次数，则停止迭代，所述优化系统无法收敛；若不大于，则更新相邻边界信息，并重新进行选择所述优化算法以完成迭代。
30.所述协调风力发电场与电网之间的无功配合，包括：当所述风力发电场获取接入地区电网的无功需求后，在场内各台风机之间对此无功需求进行统一调度分配；所述风力发电场和其附加的无功补偿模块发出无功功率以维持所述电网的电压水平，调整整个电网的功率因数，保证电网无功功率平衡。
31.所述日内优化调度，方法还包括：根据日前调度计划，得到未来t 1、t 2、
…
、t n时刻的修正指令序列；将所述修正指令序列的第一条指令应用于滚动修整，在t 1时刻更新优化系统的运行状态，重复直到满足时间内优化过程。
32.在进行上述优化过程中，为了提高非线性多目标问题的计算能力，采用多目标进行搜索方法：输入各个机组的参数、风机、常规火电、负荷的预测值、送受端电网网架结构信息和算法控制参数，之后规则化粒子群，形成能够调度单元粒子初始速度和位置，通过运行成本和网损计算，得到当前各个例子的适应度值；之后初始筛选非劣解，根据动态惯性权重系数，一部变化学习因子更新粒子的速度和位置，对粒子额边界进行处理，计算更新后的种群适应度值，更新粒子历史最佳时刻和非劣解组合，当满足终止迭代次数时，得到非劣解的计算满意度，得出最终解，通过比较最终得到的目标函数满意度来选取最优粒子，并将此时的调度计划作为最优优化结果。
33.在进行上述优化过程中，粒子群算法满足以下公式：v1=w
·
v c1r1(p-x)-c2r2(g-x)，上式中，w为影响粒子运行速度的权重因子，v1为下一次迭代时粒子速度，p为自身达到的最佳位置，g为整个种群达到过的最佳位置，c1、c2为学习因子，r1、r2为0到1之间均匀随机分布的数组成的向量和；为了进一步加强了全区域搜索能力，同时兼顾了局部区域的搜索精确程度，w满足w=(w1-w2)
·
d/dm；上式中，w1为惯性权重的系数w的最大值，w2为惯性权重的系数w的最小值，d当钱的迭代系数，dm为最大迭代次数。为了进一步优化多目标搜多的全局搜索能力，加强优化算法的准确性，同时提高收敛速度，c1满足c1=c1i (c1
f-c1i)
·
d/dm；c2满足c2=c2i (c2
f-c2i)
·
d/dm；上式中，c1i、c2i为学习因子的初始值，c1f、c2f为学习因子的最终值。
34.通过上述技术方案得到是一种用于电力网络的风电涉网保护协调优化方法及系统，通过从空间尺度和时间尺度、和电机功率三个方面，综合多个维度提出风电在入网时的优化调度方案，降低了区域电网运行带来的瞬时性或非计划性的功率波动问题，提升风电消纳能力，降低电网调峰压力。通过设置空间尺度优化调整模块，修正日前可调度单元出力计划，综合提升区域电网的综合经济效益，平抑上级交换功率波动，降低弃风，提升风力发电机组的效率。通过多空间尺度的优化，平抑多区域发掘了区域互联系统间的潮流波动，保障了多区域互联系统的安全稳定运行。采用多目标进行搜索方法，提高非线性多目标问题是的计算能力；通过改变学习因子，进一步优化多目标搜多的全局搜索能力，加强优化算法的准确性，同时提高收敛速度。
35.本发明提供一种风力调度优化方法，适用于上述系统，包括：通过所述时间尺度优化模块，进行日前优化调度和日内优化调度以协调所述输送电能至电网的过程；通过所述空间尺度优化模块，优化所述风力发电场的区域划分；通过所述电机功率优化模块，优化所述发电机的功率；通过所述无功补偿模块，协调所述风力发电场与所述电网之间的无功配合。
36.本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本
发明的范围。
37.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
38.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。