一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种海上风电系统快速响应频率的优化频率调度方法及装置，方法包括：获取海上风电系统在同一时期的历史海上风电出力数据集，从历史海上风电出力数据集中选取若干场景数据，通过聚类分析法对各个场景数据进行聚类，确定若干聚类出力场景数据，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，将所述最优调度数据集应用于在所述时期里的海上风电系统。可见，通过经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据，充分考虑了海上风电参与快速响应频率下的经济性因素，所得到的最优调度数据能够提高海上风电系统在系统频率波动时的响应速度，以确保海上风电系统安全可靠运行。以确保海上风电系统安全可靠运行。以确保海上风电系统安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法及装置


[0001]本申请涉及海上风电领域，更具体的说，是涉及一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法及装置。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的快速增长，海上风电因其不占用土地资源、风能资源的能量效益高的特点，具备广阔的发展前景。海上风电场通过带转子的涡轮发电机实现能量转化，综合惯性控制的相关机理，能够模拟海上风电系统在频率变化时旋转质量的动能交换，从而实现快速响应频率。快速频率响应的目的是为弥补现有一次调频在容量和速度上的不足，以快速注入有功功率来减缓频率下降速度。通过快速频率响应的服务对海上风电系统进行优化调度，使得海上风电系统在系统频率波动时能够尽可能快速响应。
[0003]然而，如今研究人员所针对海上风电系统进行优化调度的方法中，大多数关注出力不确定性的因素，以对海上风电场提供电能量产品进行研究分析，未考虑海上风电参与快速响应频率下的经济性因素，使得基于出力不确定性的因素分析得到的调度结果，对海上风电系统在系统频率波动时的响应灵敏度低下，海上风电系统存在运行风险。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法及装置，以提高海上风电系统在系统频率波动时的响应速度。
[0005]为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
[0006]一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法，包括：
[0007]获取海上风电系统在同一时期的历史海上风电出力数据集，从所述历史海上风电出力数据集中选取若干场景数据；
[0008]通过K
‑
means聚类分析法对各个场景数据进行聚类，确定若干聚类出力场景数据，每个聚类出力场景数据由多个时段的出力场景数据组成；
[0009]利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述经济性优化调度函数为：
[0010][0011]其中，N为所有聚类出力场景数据组成的聚类海上风电出力场景集合，G为所述海上风电系统中常规发电机组的集合，W为所述海上风电系统中海上风电场的集合，NL为所述海上风电系统内的线路集合，T为每个聚类出力场景数据的时段集合，C
g,t
为常规机组g在第t时段上的运行成本，为常规机组g在第t时段上的启动成本，为常规机组g在第t时段上的最小技术出力成本，为常规机组g在第t时段上的调频成本，为海上风电场w
在第t时段上的提供快速响应频率的成本，P
g,t
为常规机组g在第t时段上的出力调频容量，为常规机组g在第t时段上的预留调频容量，为海上风电场w在第t时段上的快速响应频率所预留的容量，M为预设的网络潮流约束松弛罚因子，为线路l的正向潮流松弛变量，为线路l的反向潮流松弛变量，τ
n
为第n个聚类出力场景在聚类时的削减比例；
[0012]将所述最优调度数据集应用于在所述时期里的海上风电系统。
[0013]可选的，所述利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，包括：
[0014]在基本条件约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述基本条件约束集合包括电力平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束和线路潮流约束；
[0015]所述电力平衡约束为：
[0016][0017]其中，L
t
为所述海上风电系统的预测负荷，为海上风电场w在第t时段的发电削减功率，P
w,t
为海上风电场w在第t时段的预测发电功率；
[0018]所述机组出力约束为：
[0019][0020]其中，为常规机组g在第t时段的出力下限，为常规机组g在第t时段的出力上限，α
g,t
为常规机组g在第t时段的启停状态；
[0021]所述机组爬坡约束为：
[0022][0023]其中，为常规机组g的最大上爬坡功率，为常规机组g的最大下爬坡功率；
[0024]所述线路潮流约束为：
[0025][0026]其中，D为所述海上风电系统中的母线负荷节点的集合，P
lmax
为线路l的潮流传输极限，G
l
‑
g
为常规机组g所在的节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，G
l
‑
d
为母线负荷节点d对线路l的发电机输出功率转移分布因子。
[0027]可选的，所述在基本条件约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，包括：
[0028]在基本条件约束集合和快速响应频率约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述快速响应频率约束集合包括系统总惯性约束；
[0029]所述系统总惯性约束为：
[0030][0031]其中，H
s
为所述海上风电系统的系统总惯性，ΔP为所述海上风电系统受到发生事故的扰动时的有功变化量，H
g
为常规机组g的惯性时间常数，S
g
为常规机组g的额定容量，为海上风电场w提供的综合惯性，f
n
为所述海上风电系统的额定频率。
[0032]可选的，所述快速响应频率约束集合还包括系统惯性需求约束，所述系统惯性需求约束为：
[0033][0034]其中，H
r
为所述海上风电系统的预设惯性需求。
[0035]可选的，所述快速响应频率约束集合还包括系统频率响应约束，所述系统频率响应约束为：
[0036][0037]可选的，所述快速响应频率约束集合还包括系统下垂约束，所述系统下垂约束为：
[0038][0039]其中，为常规机组g的死区截止频率，υ
g,t
为常规机组g的涡轮发电机调速器在第t时段的工作状态，υ
w,t
为海上风电场w的涡轮发电机调速器在第t时段的工作状态，β
g,t
为常规机组g在第t时段内是否存有容量余量的指示变量，β
w,t
为海上风电场w在第t时段内是否存有容量余量的指示变量，D
eq
为所述海上风电系统的下垂特性，为：
[0040][0041]其中，D
g
为常规机组g的下垂特性，D
w
为海上风电场w的下垂特性。
[0042]可选的，从所述历史海上风电出力数据集中选取若干场景数据，包括：
[0043]针对所述时期中的每一日，计算所述历史海上风电出力数据集中，该日的海上风电系统的出力数据，与历史该日的海上风电系统的出力数据，的欧式距离，作为历史该日的场景数据的欧式距离；
[0044]从所述时期的各日中，确定欧式距离小于预设欧式距离阈值的若干日的场景数据，得到与若干日对应的若干场景数据。
[0045]一种海上风电系统快速响应频率的优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电系统快速响应频率的优化调度方法，其特征在于，包括：获取海上风电系统在同一时期的历史海上风电出力数据集，从所述历史海上风电出力数据集中选取若干场景数据；通过K
‑
means聚类分析法对各个场景数据进行聚类，确定若干聚类出力场景数据，每个聚类出力场景数据由多个时段的出力场景数据组成；利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述经济性优化调度函数为：其中，N为所有聚类出力场景数据组成的聚类海上风电出力场景集合，G为所述海上风电系统中常规发电机组的集合，W为所述海上风电系统中海上风电场的集合，NL为所述海上风电系统内的线路集合，T为每个聚类出力场景数据的时段集合，C
g,t
为常规机组g在第t时段上的运行成本，为常规机组g在第t时段上的启动成本，为常规机组g在第t时段上的最小技术出力成本，为常规机组g在第t时段上的调频成本，为海上风电场w在第t时段上的提供快速响应频率的成本，P
g,t
为常规机组g在第t时段上的出力调频容量，为常规机组g在第t时段上的预留调频容量，为海上风电场w在第t时段上的快速响应频率所预留的容量，M为预设的网络潮流约束松弛罚因子，为线路l的正向潮流松弛变量，为线路l的反向潮流松弛变量，τ
n
为第n个聚类出力场景在聚类时的削减比例；将所述最优调度数据集应用于在所述时期里的海上风电系统。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，包括：在基本条件约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述基本条件约束集合包括电力平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束和线路潮流约束；所述电力平衡约束为：其中，L
t
为所述海上风电系统的预测负荷，为海上风电场w在第t时段的发电削减功率，P
w,t
为海上风电场w在第t时段的预测发电功率；所述机组出力约束为：其中，为常规机组g在第t时段的出力下限，为常规机组g在第t时段的出力上限，α
g,t
为常规机组g在第t时段的启停状态；
所述机组爬坡约束为：其中，为常规机组g的最大上爬坡功率，为常规机组g的最大下爬坡功率；所述线路潮流约束为：其中，D为所述海上风电系统中的母线负荷节点的集合，P
lmax
为线路l的潮流传输极限，G
l
‑
g
为常规机组g所在的节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，G
l
‑
d
为母线负荷节点d对线路l的发电机输出功率转移分布因子。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在基本条件约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，包括：在基本条件约束集合和快速响应频率约束集合的约束下，利用经济性优化调度函数计算各聚类出力场景数据的最优调度数据集，所述快速响应频率约束集合包括系统总惯性约束；所述系统总惯性约束为：其中，H
s
为所述海上风电系统的系统总惯性，ΔP为所述海上风电系统受到发生事故的扰动时的有功变化量，H
g
为常规机组g的惯性时间常数，S
g
为常规机组g的额定容量，为海上风电场w提供的综合惯性，f
n
为所述海上风电系统的额定频率。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述快速响应频率约束集合还包括系统惯性需求约束，所述系统惯性需求约束为：其中，H
r
为所述海上风电系统的预设惯性需求。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述快速响应频率约束集合还包括系统频率响应约束，所述系统频率响应约束为：6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述快速响应频率约束集合还包括系统下垂约束，所述系统下垂约束为：
其中，为常规机组g的死区截止频率，υ
g,t
为常规机组g的涡轮发电机调速器在第t时段的工作状态，υ
w,t
为海上风电场w的涡轮发电机调速器在第t时段的工作状态，β
g,t
为常规机组g在第t时段内是否存有容量余量的指示变量，β

【专利技术属性】
技术研发人员：唐翀，陈亦平，程兰芬，方必武，郑晓东，肖逸，李永亮，楼楠，王科，姜拓，章晓杰，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：