考虑断面安全约束的大规模风电有功控制

原文作者：卓俊峰，金学洙，邓波，尚学伟，赵林，汤伟，刘诚哲

原文标题：考虑断面安全约束的大规模风电有功控制

原文链接：

https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2015&filename=DWJS201504022&uniplatform=NZKPT&v=GARBsDoqaHSIZgt-dQoomWuG3LZPrbkh6SovIdN5lxvu6nGAOFmQRVwolPncE832

原文来源：知网、《电网技术》,2015,39(4)

笔记作者：阿男学长

1.  What

该文章发表于2015年，文中所提出的风电分层断面控制方法是目前新能源AGC应用较多且控制效果良好的经典技术。

原文作者针对风电具有波动性、随机性的特点，提出一种解决大规模风电并网后有功调节问题的风电分层断面控制方法。通过优先搜索越限断面和发电能力转移技术来保证风电场站在分配调节量之后能满足多层断面的安全约束。此方法在实际工程应用中具有良好的控制效果，在多个网省公司调控系统中得到实践验证。

2.  Why

包括以下几方面原因：

1) 随着风电接入电力系统比例不断升高，其波动性、随机性强的问题更加凸显，进而威胁电力系统的安全稳定运行。

2) 国内风电与系统网架建设不同步，风电的快速发展受制于网架约束出现弃风现象，提出更有效的解决方案是目前风电调控领域势在必行的举措。

3) 风电规模的不断扩大给传统的电网调控方式增加了调控难度：

a. 人工调度方式仅适用于风电场和断面较少的情况，随着风电规模和断面复杂度升高，该方式不再适用。

b. 计划调度方式依赖于风功率预测系统和负荷预测系统，预测精准度的不足使计划调度方式不适用于实时发电调度。

3.  How

3.1设计思路

1) 断面控制的优先级由外到内逐层降低，保证最大范围内各风电场发电的公平，防止出现局部优于整体的情况。

2) 同等约束条件下的各风电场按照电网调度机构给定的比例系数进行功率调节。

3) 由于受到断面约束而产生的剩余调节功率，重新分配给其他未受断面约束的风电场。

为保证风电资源在保证多级断面安全的前提下实现最大消纳，作者采用了递归算法有效的将多级优化问题“层层”简化为小范围求解问题，具体算法流程如下：

图2 算法流程图

1) 根据断面限制与断面实际功率之间的偏差来确定所关联场站的调节方向和调节目标，将总调节目标按照公平原则（一种虚拟容量计算方法，可根据不同分配原则计算出相应虚拟容量，从而将总调节目标按虚拟容量比例）分配给PLC。

2) 在每一次调节功率预分配结束后，采用深度优先搜索算法从外到内对所有断面进行校验。如果存在越限断面则将断面及其相关联的PLC打上标记，不再参与后续调节功率分配，但会根据断面剩余消纳空间对该断面下场站功率重新分配。

3) 除越限断面以外，所有断面分配调节功率后的剩余未分配调节功率返回给最外层断面，此时递归调用“调节功率预分配”及“内层未确定调节功率预计“等。

4) 当所有断面均满足约束条件时（不存在越限断面），搜索判断结束，下发控制指令到各风电场。

发电能力探测及转移是解决多层风电嵌套断面有功控制的核心技术，原因是上述算法能够得出各断面所属风电场在理想状态(即各个风电场有足够发电能力)下的目标出力。但工程实践过程中，新能源场站经常因为地缘分布不同以及站端现实因素导致自身发电能力不足或受限。

发电能力探测即将风电场最近几个控制周期的指令跟踪情况与风功率预测结果综合进行判断，而发电能力转移是将当前控制周期发电能力不足的场站所分配到的调节功率转移给发电能力充足的场站，当后续控制周期发电能力恢复时再将调节量转移回来。由此，既保证了多级断面的安全约束，又促使风电资源得到了充分消纳。

4. Conclusion

作者提出的风电断面有功控制方法已在实际电网运行现场得到良好验证，可以有效的解决复杂断面结构下风电场发电调控、多级断面安全约束等问题。未来随着风电、光伏等新能源接入比例不断升高，电网实际应用断面结构会愈加复杂化，所以针对电网复杂断面结构的风电有功控制策略研究还需不断深化。

5. Review

该文章为电网新能源调控提供了良好的启发，在本人实际工程经验中也见证了作者所提技术方法的控制效果，总体来说是目前最实用的控制方法，在全国多个网省地区得到实际验证。针对未来新能源发展趋势，这套控制理论是否继续适用，可能需要电力领域的众多专家依据电网各地运行特点不断探索。

个人学习感悟和思考如下：

1) 首先作者提出的算法在理想情况下具备较好的调控效果，对于发电能力不足的场站作者也提出了发电能力探测和转移等解决方案。但是可以看出发电能力判定的标准对多级断面控制效果影响很大，当系统规模不断扩大，新能源场站单次步长就可能导致断面从正常运行变为越限时，该判定标准是否存在滞后响应问题进而影响越限断面的恢复？

2) 新能源AGC具备自身控制周期和最短指令间隔校验等，那么在指令周期结束之前若新能源随机且较大波动导致断面越限，该周期下发的指令具有恶化断面风险是否应考虑紧急处理机制保证断面安全？

3) 由于新能源站端响应速度和调节速度不尽相同，那么当断面突然越限需要紧急下调时，是否可以在某种市场机制引导下启用排序分配策略帮助断面迅速恢复至安全状态？