采用调控云数据的新能源与储...站AGC控制方法研究与应用_吴晋波.pdf

第39卷 第2期2023年2月电网与清洁能源Power System and Clean EnergyVol.39No.2Feb.2023清洁能源Clean Energy基金项目：国家自然科学基金项目（52061130217）；国家电网公司科技项目（5216A522000M）。Project Supported by the National Natural Science Foundation ofChina（NSFC）（52061130217）；the Science and Technology ResearchProgram of the State Grid Corporation of China（5216A522000M）.ABSTRACT：With the development of new power systems，alarge number of new energy and energy storage power stationsare connected to the grid.Most of the new energy and energystorage power stations in the south are connected to the grid atvoltage levels of 110 kV and below.This brings new challengesto the existing grid AGC control.In view of this situation，thispaper proposes the principle of local balance of active powercontrol.Based on this principle，an optimal control method forAGC is proposed.The grid-connected power supplies withvoltage levels of 220 kV and above and 110 kV and below arecontrolled according to different goals.For the grid-connectednew energy and energy storage power stations with voltage levelsof 110 kV and below，this paper proposes an ACE allocationmethod that uses cloud data to regulate.The contradictionbetween regulating cloud data transmission speed and AGCcontrol period is resolved.The proposed method was deployedand applied in a provincial power grid in southern China in2021.During the application period of the proposed method，thegrid loss rate of the applied province and the whole province wassignificantly reduced，and the overload rate of transformers inthe new energy-intensive grid-connected areas was reduced.Allthe data collected and processed has verified the effectiveness ofthe proposed method.KEY WORDS：regulation cloud；nearby balanced；new energypower station；energy storage power station；AGC摘要：随着新型电力系统的发展，新能源和储能电站大量并网。在南方新能源和储能电站多数以 110 kV 及以下电压等级并网。这给现有的电网 AGC 控制带来了新的挑战。针对这一情况，该文提出了有功控制就地平衡的原则，并基于该原则提出了一种 AGC 优化控制方法，将 220 kV 及以上和110 kV 及以下电压等级并网的电源按不同目标控制。对于110 kV 及以下电压等级并网的新能源与储能电站，该文提出了采用调控云数据的 ACE 分配方法，解决了调控云数据传输速度与 AGC 控制周期的矛盾。所提方法 2021 年在南方某省级电网部署应用。所提方法应用期间，应用省份全省网损率显著降低，新能源密集上网地区变压器重载率降低。运行数据验证了所提方法的有效性。关键词：调控云；就近平衡；新能源电站；储能电站；AGC文章编号：1674-3814（2023）02-0128-07中图分类号：TM734文献标志码：A采用调控云数据的新能源与储能电站AGC控制方法研究与应用吴晋波1，宋兴荣1，刘永刚2，李勇3，徐松1，刘艳4，陈豪5（1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙410007；2.国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙410004；3.湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙410082；4.北京科东电力控制系统有限责任公司，北京100192；5.华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045）Research and Application of AGC Control Method for New Energy andEnergy Storage Power Stations Using Data of Regulation CloudWU Jinbo1，SONG Xingrong1，LIU Yonggang2，LI Yong3，XU Song1，LIU Yan4，CHEN Hao5（1.Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co.，Ltd.，Changsha 410007，Hunan，China；2.State Grid Hunan Electric Power Co.，Ltd.，Changsha 410004，Hunan，China；3.School of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，Hunan，China；4.Beijing Kedong Power Control System Company Ltd.，Beijing 100192，China；5.North China Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100045，China）第39卷第2期电网与清洁能源清洁能源Clean Energy随着新型电力系统1-2的发展，大量风电3-6、光伏7-9电站并网，储能电站10-13规模化使用，电网控制14-17体系正逐步发生改变，新能源电站和储能电站将成为与传统大型水、火电机组一样重要的调控资源，参与电力系统自动发电控制18-21（automaticgeneration control，AGC）。在南方各省，风电、光伏等新能源电站和储能电站绝大多数通过 110 kV 及以下电压等级并网。传统的 AGC 系统部署在省级电网调度控制中心，依托省级电网调度数据开展控制。而省级电网没有 110 kV 及以下电压等级网架结构和调度数据。传统的 AGC 系统中 110 kV 及以下电压等级并网新能源电站和储能电站均无法与电网网架结构22匹配，只能作为单个孤点控制。传统新能源、储能 AGC 控制策略未考虑并网位置与网架传输能力，区域送电受阻与部分网架轻载共存的情况时有发生，不仅难以有效支撑系统的二次调频，而且易导致大量不必要的弃风弃光。国网公司调控云平台23虽然囊括 10 kV 至 1000 kV 全电压等级电网模型和数据，但调控云平台需要多级电网模型数据拼接，电网实时数据需由省、地各级调度主站转发，在实际工程应用中需要消耗大量传输资源，其数据刷新、传输速度无法满足传统 AGC 系统秒级控制周期的需求。针对上述问题，本文提出了有功控制就近平衡原则，基于这一原则，提出了一种 AGC 优化控制方法，将 220 kV 及以上和 110 kV 及以下电压等级并网的电源按不同目标控制；提出了采用调控云数据的 ACE 分配方法，解决了调控云平台数据传输速度与 AGC 控制周期的矛盾，依托调控云平台数据实现110 kV 及以下电压等级并网电源 AGC 控制。1AGC就近平衡原则1.1传统AGC控制策略目前 AGC 控制策略一般采用区域控制误差（ACE 控制）模式，即PACE=P+Cf（1）式中：P为联络线净交换功率偏差；f为频率偏差；C为区域频率特性常数，MW/0.1 Hz。通过式（1）确定区域内需要增加/减少的功率总量PACE（即 ACE功率），再分配给区域内参与 AGC 控制的各电源。传统的 AGC 控制策略在分配 ACE 功率时，按电源类型（即考虑发电变化成本和调节性能）排序，同一等级序列的电源则考虑装机容量、实发功率等因素分配。1.2就近平衡原则目前一般以一个省级电网为一个 AGC 调控区域电网，区域跨度大，各参与 AGC 控制的电源并网点电气距离相距较大。同时，一个省级电网内各地负荷大小虽然存在一定差异，但以 220 kV 主变高压侧向下等值的各负荷点之间也存在较大的电气距离。各电源并网点的位置不同，有功输出造成的网损和送出设备负载率也各不相同。传统 AGC 控制策略未考虑各电源并网点位置和送出通道能力。在 ACE 功率相同的情况，各电源分配的有功调节量不同，也会造成电网运行和送出设备运维成本的较大差异。这对于 110 kV 及以下电压等级并网的电源，特别新能源电站和储能电站尤为突出。ACE 功率可以视为区域内各地负荷变化及新能源出力变化造成的结果。将 ACE 功率分配给导致其波动的负荷点附近的电源，可以减少电网运行和送出设备运维成本。这就是 AGC 就近平衡原则。2基于就近平衡原则的AGC优化控制方法2.1局部调控电源与全局调控电源按上文提出的 AGC 就近平衡原则，将参与AGC 控制全部电源，分成 2 类。一类是局部调控电源，用于就近平衡负荷点的功率波动，为 110 kV 及以下电压等级并网的电源，一般为新能源电站和储能电站。另一类是全局调控电源，用于分配就近无法平衡的 ACE 功率，为 220 kV 及以上电压等级并网的电源，一般为传统大型水、火电机组。2.2局部调控电源AGC控制策略根据预设的局部调控电源增分配系数ki+和减分配系数ki-及负荷点功率变化量Pj，确定参与AGC 控制的各局部调控电源的 AGC 指令值Pgi。当Pj0时，Pgi计算函数表达式为Pgi=|-Pgi-Pgi()ki+Pj-Pgi-Pgiki+Pj()ki+Pj-Pgi-Pgi（2）当Pj0时，Pgi计算函数表达式为Pgi=|ki-Pj()ki-Pj-Pgi-Pgi-Pgi-Pgi()ki-Pj-Pgi-Pgi（3）129清洁能源Clean Energy式（2）、（3）中：Pgi为第 i 座局部调控电源当前有功输出值；-Pgi为第 i 座局部调控电源的可调节功率输出上限；-Pgi为第 i 座局部调控电源的可调节功率输出下限。2.3全局调控电源AGC控制策略对于全局调控电源，主要考虑其有功出力调整对电网网损的影响。图 1 为全局调控电源 AGC 控制策略的流程图，该控制策略的具体步骤如下：图1全局调控电源AGC控