基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法

刘晓宇， 王斌

(国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司,辽宁 丹东 118000)

0 引 言

电力系统协同控制能够帮助电力系统获得更加强大的动态响应能力，此方法以一种柔和的方式在短时间内对联络线与频率上的功率进行额定值恢复[1]。在建设智能电网的过程中，最具发展前景的发电能源就是风力。在电力系统中，风电所占的比重越来越大，发达国家的风力发电比重很多已经达到20%以上，然而风电是一种波动剧烈、具有明显间歇性的能源，无法精确控制或预测，将风电并入电网后会严重影响电网的平稳运行，造成明显的频率波动，使电压基频波动较大，限制电力系统的风电准入功率穿透水平[2-4]。因此，必须对电力系统进行协同控制，从而实现大规模的风电并网。为对电力系统协同控制进行多样化研究，提出一种基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法。

1 基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法

1.1 电网系统调频信号频谱分解

采用多维小波分解方法分解电网系统发电机组调频信号时，假设重复放电会对调频信号的幅值产生干扰影响[5]，因此，可以将信号幅值作为特征量，反映电力系统运行时的信号特点。运用调频信号的极大值描述调频信号的灵敏度，从而获取信号的最大波峰为：

(1)

式中:zmax为调频信号的最大波峰；m1为原始调频信号；m2为调频信号变化幅值；x为时域特征量；y为时频特征量；zxy为调频信号的灵敏度；max(zxy)为调频信号灵敏度的最大值；min(zxy)为调频信号灵敏度的最小值。

对电网系统发电机组调频信号做频谱分解，运用小波检测设备将信号的时域特征量与时频特征量进行联系，并进行联合参数预测。具体步骤如下：

(1) 运用小波检测器降噪处理已采集好的电网系统发电机组调频信号，假设在重复放电条件下采集得到的信号为随机信号，则对该信号做多层小波尺度分解，并对其进行参数估计，得到相应的离散信号[6]。调频信号的深度在一定程度上会对电力系统运行时的信号特性产生影响，该影响可以用式(2)描述。

(2)

式中:E为调频信号深度对电力系统运行时信号特性的影响系数；i为系统中存在的离散信号，i=1,2,…,n；Ki为随机信号。

(2) 将调频信号时域特征量与时频特征量的相关性进行对比，根据关联规则挖掘方法，获得调频信号在每个特征量上的聚集情况，综合分析得出重复放电下调频信号的特征信息[7]。

在调频信号中选取n个离散信号，则该调频信号的频谱就能够利用调频信号的离散傅里叶变换(DFT)结果进行描述。

(3)

(4)

式中:X为分解后的调频信号；k1为频域函数；k2为时域函数；n1为分解后离散信号的个数；n2为分解后调频信号的个数。

将分解后的调频信号X划分为N组，每组中存在M个点。通常情况下，l的值为2的整数次幂，M与N同样为2的整数幂，这样便于频谱分解[8]。通过任意一组频谱分解的输出值均能获得完整的电网系统调频信号，以降低重复放电对各区域的影响。

1.2 构建电力系统协同控制模型

为实现上述建立的目标，在电力系统协同控制模型构建中以源网荷储优化思想作为框架，对源网荷储这4种电力系统协调优化元素进行拓展[9]，具体如表1所示。

表1 电力系统协调优化模型的元素拓展

参考多元素扩展结果，设计电力系统协同控制策略实现电力系统的协同控制[10]，达到对多源横向互补与源网荷储纵向协调控制的目的。设计的电力系统协同控制策略需要根据电压外环计算电流Id的参考值，具体如式(5)所示。

(5)

式中:Id-ref为电流Id的参考值；udc为电压位移；udcref为udc的参考值；Uidp0为电压外环；Edp0为电压外环估计值；Iu为接地处电流，其计算公式如式(6)所示。

(6)

式中:S为参考阈值。

根据协同控制中的宏变量，对控制变量进行计算，具体如式(7)所示。

(7)

式中:Uid、Uiq均为控制变量；ψ1为暂态信号；ψ2为振荡信号；Ud为电压位移过大；Uq为电压位移过低。利用该式进行变量计算，实现电力系统的协同控制。

2 试验测试

2.1 试验设计

对设计的基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法进行试验测试。

在构建的电力系统仿真模型中，电流传感器与转子侧变换器之间需要添加一个理想变压器，以折算定转子侧变比。构建的电力系统仿真模型如图1所示。

图1 电力系统仿真模型

利用基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法对构建的电力系统仿真模型进行协同控制试验，在源网荷储优化力度为30%～60%时，获取电压基频数据。

2.2 试验结果与分析

在源网荷储优化力度为30%～60%时，基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法的电压基频试验数据如图2所示。

图2 源网荷储优化力度在30%～60%之间的电压基频试验数据

分析图2可知：源网荷储优化力度为30%～40%时，电压基频整体在56.2～62.9 Hz之间波动；源网荷储优化力度为40%～50%时，电压基频整体在56.7～59.2 Hz之间波动；源网荷储优化力度为50%～60%时，电压基频整体在56.8～58.5 Hz之间波动。综合整体试验数据可知，在源网荷储优化力度为30%～60%时，基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法的电压基频波动范围越来越窄，即电压基频越来越稳定。

3 结束语

为解决电力系统控制中存在的各区域调频控制偏差与电压基频波动较大的问题，提出基于源网荷储优化的电力系统协同控制方法。该研究的成果主要有以下几方面。

(1) 通过多维小波分解方法分解电网系统各发电机组的调频信号频谱，解决了电网各区域在运行中易受重复放电影响的问题。

(2) 考虑源网荷储电力系统协同优化元素，通过构建电力系统协同控制模型，实现多源横向互补与源网荷储纵向协调。

经试验验证，该方法实现了电压基频的抑制，使电压基频越来越稳定，并且能够有效降低调频控制偏差，实现对电力系统的协同控制，对于电力系统动态响应能力的提升具有重要意义。