本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于融合信息的風(fēng)電場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)電的大規(guī)模、集群式并網(wǎng)，使電力系統(tǒng)調(diào)度與控制面臨壓力，電網(wǎng)、風(fēng)場(chǎng)必須做出相應(yīng)改變，以消納這一具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的不確定性電源發(fā)電，風(fēng)電集群式調(diào)控即可視為風(fēng)場(chǎng)側(cè)的一種改變。

而針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的有功調(diào)控研究尚不多見，已有研究或者利用預(yù)測(cè)、或者針對(duì)機(jī)組控制、或者引入儲(chǔ)能，以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控，均為單一信息指導(dǎo)下的優(yōu)化，而當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)群內(nèi)已呈現(xiàn)出多種信息交織的態(tài)勢(shì)，如何高效發(fā)揮多種信息間的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，避免因單一信息指導(dǎo)優(yōu)化而導(dǎo)致的效率低下，已成為場(chǎng)群調(diào)控所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，因此，有必要開展多種信息融合下的場(chǎng)群調(diào)控研究。

雖然已有研究或者利用預(yù)測(cè)信息指導(dǎo)優(yōu)化風(fēng)電調(diào)度，或者借助儲(chǔ)能平抑風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出，對(duì)風(fēng)功率的調(diào)控均起到了積極的作用。但依然存在以下兩方面問(wèn)題：一、現(xiàn)有計(jì)及預(yù)測(cè)與儲(chǔ)能的調(diào)控研究多集中于單一風(fēng)場(chǎng)，而對(duì)于多風(fēng)場(chǎng)多儲(chǔ)能構(gòu)成的場(chǎng)群效應(yīng)的考慮尚顯不足；二、電網(wǎng)側(cè)調(diào)控與場(chǎng)群內(nèi)調(diào)控間的銜接與協(xié)調(diào)未能被充分考慮。因此，有必要開展多種信息融合下的場(chǎng)群調(diào)控研究。

首先，對(duì)場(chǎng)群側(cè)，多信息融合下的場(chǎng)群調(diào)控可充分利用各風(fēng)場(chǎng)間的功率相關(guān)性。當(dāng)多風(fēng)場(chǎng)間呈互補(bǔ)特性時(shí)，疊加后的波動(dòng)性將呈減緩態(tài)勢(shì)，可以利用這一態(tài)勢(shì)提高調(diào)控的效率與能力；而當(dāng)其呈現(xiàn)同時(shí)特性時(shí)，則可利用融合信息對(duì)疊加出現(xiàn)的波峰(或波谷)提前進(jìn)行預(yù)判、集中調(diào)控能力(特別是有限的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力)實(shí)施關(guān)鍵性功率調(diào)節(jié)。

再者，對(duì)電網(wǎng)側(cè)，接納最多風(fēng)功率顯然易于引起實(shí)時(shí)功率平衡的調(diào)節(jié)壓力，而依傳統(tǒng)確定性方法調(diào)度，又存在經(jīng)濟(jì)性差，不夠節(jié)能等問(wèn)題。融合信息下的場(chǎng)群調(diào)控則可以把握風(fēng)功率特性，體現(xiàn)場(chǎng)群的“自律”性，使電網(wǎng)在安全、經(jīng)濟(jì)前提下，消納“合理”的風(fēng)功率波動(dòng)，體現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)控的“柔性”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于融合信息的風(fēng)電場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法。該方法以預(yù)測(cè)信息指導(dǎo)調(diào)度指令生成，并同時(shí)與調(diào)度指令信息共同作用優(yōu)化場(chǎng)群內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)控，以達(dá)到最小化棄風(fēng)功率與缺額功率的目標(biāo)；機(jī)組態(tài)勢(shì)信息則為機(jī)組控制實(shí)施提供最精細(xì)化依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)融合信息下的風(fēng)電場(chǎng)群最優(yōu)化有功調(diào)控。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于融合信息的風(fēng)電場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法，包括：

步驟1：獲取至少三種不同時(shí)間間隔時(shí)窗下風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值，進(jìn)而確定風(fēng)電場(chǎng)群的日前調(diào)度計(jì)劃值以及修正日前調(diào)度計(jì)劃值；

步驟2：接入風(fēng)電場(chǎng)群調(diào)節(jié)能力及預(yù)測(cè)精度信息，再結(jié)合修正的日前調(diào)度計(jì)劃值，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間；

步驟3：以獲取的最短時(shí)間間隔的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值來(lái)判別風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率未來(lái)趨勢(shì)，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間的上下限，得到優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間；

步驟4：在優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間內(nèi)，以風(fēng)電場(chǎng)群總棄風(fēng)功率與總?cè)鳖~功率最小化為優(yōu)化調(diào)控目標(biāo)函數(shù)，在風(fēng)電場(chǎng)群約束條件下計(jì)算出總棄風(fēng)量和總儲(chǔ)能配置容量；

步驟5：按各風(fēng)場(chǎng)在棄風(fēng)功率中占比進(jìn)行等比例分配分配棄風(fēng)功率，按調(diào)節(jié)功率總量中各風(fēng)場(chǎng)貢獻(xiàn)占比值進(jìn)行等比例分配總儲(chǔ)能配置容量，最終完成風(fēng)電場(chǎng)群的優(yōu)化調(diào)控。

在所述步驟5中，風(fēng)電場(chǎng)群約束條件包括功率平衡約束、風(fēng)電場(chǎng)容量約束、風(fēng)電場(chǎng)輸出功率變化率約束、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量限制和儲(chǔ)能系統(tǒng)的充、放電速率限制。

在所述步驟1中，利用最長(zhǎng)時(shí)間間隔的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值來(lái)確定風(fēng)電場(chǎng)群的日前調(diào)度計(jì)劃值。

在所述步驟1中，根據(jù)除最長(zhǎng)時(shí)間間隔和最短時(shí)間間隔的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值，修正日前調(diào)度計(jì)劃值。

所述步驟2中的調(diào)度指令區(qū)間的上限為：在任一時(shí)刻，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)調(diào)度指令總和與系統(tǒng)可接受的功率調(diào)節(jié)范圍值之和；調(diào)度指令區(qū)間的下限為：在任一時(shí)刻，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)調(diào)度指令總和與系統(tǒng)可接受的功率調(diào)節(jié)范圍值之差。

該方法還包括：對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間內(nèi)的功率波動(dòng)，不再對(duì)儲(chǔ)能動(dòng)作調(diào)節(jié)，使風(fēng)電場(chǎng)群的功率自然輸出。

該方法還包括：對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間外的功率波動(dòng)，由儲(chǔ)能當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)需求狀態(tài)優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間的上下限。

該方法還包括：對(duì)于場(chǎng)群內(nèi)多個(gè)儲(chǔ)能間的充、放電功率分配：按調(diào)節(jié)功率總量中各風(fēng)場(chǎng)貢獻(xiàn)占比值進(jìn)行等比例分配。

該方法包括：考慮在當(dāng)前時(shí)刻為未來(lái)時(shí)刻可能出現(xiàn)的調(diào)控行為定向預(yù)留調(diào)控能力，通過(guò)預(yù)測(cè)得到的未來(lái)趨勢(shì)信息限定當(dāng)前狀態(tài)下的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間。

所述當(dāng)前狀態(tài)包含儲(chǔ)能存儲(chǔ)狀態(tài)與風(fēng)電有功出力狀態(tài)；所述未來(lái)趨勢(shì)信息是未來(lái)時(shí)刻風(fēng)電調(diào)控的需求狀態(tài)；對(duì)于不同的當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)趨勢(shì)，優(yōu)化調(diào)控的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間的上、下限取值各不相同。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)對(duì)比單一風(fēng)場(chǎng)調(diào)控，本文所述有功優(yōu)化調(diào)控方法通過(guò)對(duì)場(chǎng)群多種信息的融合利用，使場(chǎng)群內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)、機(jī)組調(diào)控的效率與經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提升，為場(chǎng)群下的風(fēng)功率調(diào)控提供一種新的思路。

(2)場(chǎng)群內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)控策略實(shí)施，可有效增加儲(chǔ)能利用效率，提升調(diào)節(jié)效果，使之在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用，改善單一風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)可能存在的多頻次低效率調(diào)節(jié)情況。

(3)通過(guò)場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控可有效提升風(fēng)功率的調(diào)控效果，提高場(chǎng)群內(nèi)調(diào)控設(shè)備的利用效率與場(chǎng)群總體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，算例分析驗(yàn)證了所提方法的正確性與有效性。

附圖說(shuō)明

圖1是風(fēng)電場(chǎng)循環(huán)六步預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)功率對(duì)比曲線；

圖2是不同步長(zhǎng)下的預(yù)測(cè)誤差與趨勢(shì)；

圖3(a)是第一風(fēng)電場(chǎng)的調(diào)度指令曲線；

圖3(b)是風(fēng)電場(chǎng)群的調(diào)度指令曲線；

圖4(a)是5％指令區(qū)間時(shí)融合前場(chǎng)群總棄風(fēng)功率曲線；

圖4(b)是5％指令區(qū)間時(shí)融合后場(chǎng)群總?cè)鳖~功率曲線；

圖5(a)是3％指令區(qū)間時(shí)融合前場(chǎng)群總棄風(fēng)功率曲線；

圖5(b)是3％指令區(qū)間時(shí)融合后場(chǎng)群總?cè)鳖~功率曲線；

圖6(a)是3％指令區(qū)間時(shí)融合前后的場(chǎng)群總輸出有功功率；

圖6(b)是5％指令區(qū)間時(shí)融合前后的場(chǎng)群總輸出有功功率；

圖7(a)是3％指令區(qū)間時(shí)融合前后場(chǎng)群總儲(chǔ)能變化曲線；

圖7(b)是5％指令區(qū)間時(shí)融合前后場(chǎng)群總儲(chǔ)能變化曲線；

圖8是本發(fā)明的基于融合信息的風(fēng)電場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

在本發(fā)明所述融合信息中，以不同時(shí)間尺度預(yù)測(cè)信息指導(dǎo)、修訂輸出功率參考值，以高精度單點(diǎn)預(yù)測(cè)信息對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)、機(jī)組調(diào)控進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)兼顧考慮對(duì)輸出功率參考值的區(qū)間化處理，并以預(yù)測(cè)趨勢(shì)對(duì)當(dāng)前優(yōu)化邊界進(jìn)行限定，預(yù)測(cè)信息指導(dǎo)調(diào)度指令生成。

并同時(shí)與調(diào)度指令信息共同作用優(yōu)化場(chǎng)群內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)控，以達(dá)到最小化棄風(fēng)功率與缺額功率的目標(biāo)；機(jī)組態(tài)勢(shì)信息則為機(jī)組控制實(shí)施提供最精細(xì)化依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)融合信息下的風(fēng)電場(chǎng)群最優(yōu)化有功調(diào)控。

1.1風(fēng)電預(yù)測(cè)功率信息

根據(jù)本發(fā)明研究需要，以24h、4h及30min三種時(shí)窗下的風(fēng)功率預(yù)測(cè)值作為場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控的預(yù)測(cè)信息。首先，24h預(yù)測(cè)值用于確定日前調(diào)度計(jì)劃值，該值精度一般，僅作日前決策參考(如UC等)；其次，4h預(yù)測(cè)值用于修訂日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃值，此時(shí)窗下的預(yù)測(cè)精度大幅提升，依其修訂日內(nèi)計(jì)劃值將帶來(lái)可觀效益；最后，30min預(yù)測(cè)誤差最小，可準(zhǔn)確反應(yīng)功率的單點(diǎn)趨勢(shì)，將其與5min預(yù)調(diào)度結(jié)合，用于指導(dǎo)場(chǎng)群調(diào)控在時(shí)間、精度上均為最佳，本發(fā)明即利用該值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控策略制定。

對(duì)30min時(shí)窗下功率預(yù)測(cè)值，以5min為步長(zhǎng)，則t時(shí)刻得到預(yù)測(cè)功率序列為：

{P_F.t+1···P_F.t+k···P_F.t+6}k＝1,2···6 (1)

式中，P_F.t+k為在t時(shí)刻得到的風(fēng)電場(chǎng)第k步預(yù)測(cè)值。

以山東半島某風(fēng)電場(chǎng)2014年數(shù)據(jù)為例，并以基于樣本熵和極端學(xué)習(xí)機(jī)的超短期風(fēng)電功率組合預(yù)測(cè)模型方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，依據(jù)式(1)可得循環(huán)六步預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)功率對(duì)比曲線，如圖1所示。

對(duì)比圖1中t+k時(shí)刻的不同步長(zhǎng)預(yù)測(cè)與實(shí)際功率值，可發(fā)現(xiàn)6步預(yù)測(cè)功率可以準(zhǔn)確反應(yīng)功率變化趨勢(shì)，且k值越小，趨勢(shì)刻畫越精準(zhǔn)。進(jìn)一步，通過(guò)年度周期下的統(tǒng)計(jì)分析，可得圖2所示各步預(yù)測(cè)值的歸一化絕對(duì)平均誤差統(tǒng)計(jì)曲線。

根據(jù)圖2可以看出，隨k值增加，其預(yù)測(cè)誤差呈非線性增大，基于此，本發(fā)明選取精度相對(duì)較高的前兩步預(yù)測(cè)值進(jìn)行優(yōu)化決策，而以精度相對(duì)偏低的后四步預(yù)測(cè)值進(jìn)行趨勢(shì)判斷。

1.2系統(tǒng)調(diào)度指令信息

在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度中，通常依據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力與風(fēng)電預(yù)測(cè)功率向風(fēng)場(chǎng)下達(dá)功率調(diào)度指令，風(fēng)場(chǎng)或被允許按最大出力運(yùn)行，或需按此調(diào)度值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如此存在兩方面問(wèn)題：首先，單風(fēng)場(chǎng)調(diào)節(jié)，無(wú)法充分利用多風(fēng)場(chǎng)間的功率互補(bǔ)性與同時(shí)性，造成調(diào)節(jié)資源浪費(fèi)；再者，電力系統(tǒng)自身固有的“柔性”特征未能充分發(fā)揮其效能，反而增加了風(fēng)場(chǎng)側(cè)的調(diào)控壓力。

據(jù)此，在系統(tǒng)調(diào)度指令方面，本發(fā)明以場(chǎng)群為對(duì)象，將場(chǎng)群內(nèi)各風(fēng)場(chǎng)調(diào)度指令進(jìn)行匯集，不再追蹤單一風(fēng)場(chǎng)的調(diào)度指令需求，而對(duì)已包含有場(chǎng)間相關(guān)性特征的場(chǎng)群功率出力實(shí)施集中調(diào)控，使之滿足匯集后的總調(diào)度指令要求。

同時(shí)，在電力系統(tǒng)自身所具有的“柔性”能力利用方面，基于系統(tǒng)快速調(diào)整機(jī)組容量的存在，本發(fā)明對(duì)場(chǎng)群功率調(diào)度值實(shí)施區(qū)間控制。以有效利用電力系統(tǒng)自身的功率調(diào)節(jié)能力，減少風(fēng)電場(chǎng)側(cè)調(diào)節(jié)壓力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率的最大化接納。

對(duì)由n個(gè)風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)成的場(chǎng)群，其調(diào)度指令區(qū)間可表示為：

上述區(qū)間指令中，P_Ref.i.t為第i風(fēng)電場(chǎng)在t時(shí)刻的系統(tǒng)調(diào)度指令；n為場(chǎng)群內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量；ΔP_s為系統(tǒng)可接受的功率調(diào)節(jié)范圍，該值取決于系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能、負(fù)荷特性及所接入風(fēng)電的規(guī)模等因素。

1.3儲(chǔ)能系統(tǒng)信息

風(fēng)場(chǎng)配置儲(chǔ)能目的在于平滑功率波動(dòng)，對(duì)單一風(fēng)場(chǎng)的儲(chǔ)能平滑控制，可能存在效率偏低、儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用未被最大化利用的情況。其原因在于平抑單一風(fēng)場(chǎng)出力與平抑多風(fēng)場(chǎng)疊加后的出力，顯然后者的儲(chǔ)能利用效率更高；平抑小幅功率波動(dòng)甚至是噪聲形態(tài)功率毛刺與調(diào)節(jié)關(guān)鍵時(shí)刻的沖擊性功率變化，同樣后者調(diào)節(jié)作用更為顯著。

設(shè)風(fēng)場(chǎng)i所配儲(chǔ)能容量為C_batN.iMW.h，其最大充、放電功率分別為P_Cmax.n、P_Dmax.n，則場(chǎng)群匯集后的總?cè)萘颗c總充、放電功率分別為與經(jīng)風(fēng)場(chǎng)間出力相關(guān)性作用及各風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能的綜合利用，等效于增加了風(fēng)電場(chǎng)群的儲(chǔ)能容量與調(diào)節(jié)速率。

對(duì)于儲(chǔ)能調(diào)節(jié)目標(biāo)，本發(fā)明不再追求平滑風(fēng)電輸出功率至調(diào)度值，而希望儲(chǔ)能可在場(chǎng)群出力急驟上升、急驟下降時(shí)實(shí)現(xiàn)“削峰”、“填谷”，使其在最需要的時(shí)刻起到最關(guān)鍵的作用。因此本發(fā)明將儲(chǔ)能調(diào)節(jié)與前述調(diào)度指令區(qū)間相結(jié)合，對(duì)于區(qū)間內(nèi)的功率波動(dòng)，儲(chǔ)能不再動(dòng)作調(diào)節(jié)，使其自然輸出，由系統(tǒng)側(cè)消納其波動(dòng)；區(qū)間外的功率波動(dòng)，由儲(chǔ)能當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)需求狀態(tài)優(yōu)化決策其調(diào)控策略。

對(duì)于場(chǎng)群內(nèi)多個(gè)儲(chǔ)能間的充、放電功率分配可分為兩種方式：一、按儲(chǔ)能設(shè)備的技術(shù)性能高低進(jìn)行排序，對(duì)調(diào)整功率統(tǒng)一分配，該方式在技術(shù)上最為合理，但儲(chǔ)能多為各風(fēng)場(chǎng)獨(dú)立配備，且有一定壽命期限，如此分配難以平衡各風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益；二、按調(diào)節(jié)功率總量中各風(fēng)場(chǎng)貢獻(xiàn)占比值進(jìn)行等比例分配，該方式未能考慮儲(chǔ)能設(shè)備的技術(shù)性能，但可有效平衡各風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能間的經(jīng)濟(jì)性，易于被風(fēng)場(chǎng)接受，具體分配如式(3)所示。

式中：P_ad.i.t為第i風(fēng)場(chǎng)在t時(shí)刻的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)功率，為無(wú)融合時(shí)第i風(fēng)場(chǎng)在t時(shí)刻的儲(chǔ)能應(yīng)調(diào)節(jié)功率，P_ad.t為場(chǎng)群在t時(shí)刻的總調(diào)節(jié)功率。因相關(guān)性作用使得

通過(guò)上述場(chǎng)群內(nèi)儲(chǔ)能調(diào)控策略實(shí)施，可有效增加儲(chǔ)能利用效率，提升調(diào)節(jié)效果，使之在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用，改善單一風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)能的多頻次低效率調(diào)節(jié)情況。

1.4場(chǎng)群內(nèi)機(jī)組態(tài)勢(shì)信息

風(fēng)電機(jī)組態(tài)勢(shì)信息是風(fēng)電場(chǎng)切機(jī)、降功率的選擇依據(jù)，經(jīng)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用后仍無(wú)法滿足調(diào)度指令區(qū)間要求的風(fēng)電出力，必須進(jìn)行棄風(fēng)處理。

依據(jù)技術(shù)性最優(yōu)與經(jīng)濟(jì)性平衡兩方面因素考慮，可得到以下兩種不同選擇方法。

一、依據(jù)場(chǎng)群內(nèi)機(jī)組態(tài)勢(shì)信息綜合排序，按優(yōu)劣順序，依次承擔(dān)切機(jī)功率，該方法可最大程度保證運(yùn)行機(jī)組技術(shù)性最優(yōu)，但無(wú)法兼顧場(chǎng)群內(nèi)各風(fēng)場(chǎng)間經(jīng)濟(jì)利益平衡問(wèn)題。

二、按各風(fēng)場(chǎng)在棄風(fēng)功率中占比進(jìn)行等比例分配，再于各風(fēng)場(chǎng)內(nèi)按機(jī)組態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行切機(jī)或降功率處理。該方法優(yōu)點(diǎn)與儲(chǔ)能分配相似，即考慮了各風(fēng)場(chǎng)間利益的平衡問(wèn)題，在保證各風(fēng)場(chǎng)利益最大化的同時(shí)，體現(xiàn)公平性。但無(wú)法保證技術(shù)性最優(yōu)。

本發(fā)明按后者進(jìn)行分析，其場(chǎng)群內(nèi)棄風(fēng)功率分配計(jì)算方式為：

式中：P_cut.i.t為風(fēng)場(chǎng)i在t時(shí)刻的棄風(fēng)功率，P_cut.t為場(chǎng)群在t時(shí)刻的總棄風(fēng)功率，為風(fēng)電場(chǎng)i單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，在t時(shí)刻的棄風(fēng)功率。

2場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控思路

本發(fā)明所述場(chǎng)群調(diào)控實(shí)施處于風(fēng)場(chǎng)與區(qū)域調(diào)度中心之間，對(duì)于已有場(chǎng)群集控中心，可與之并存，也可在風(fēng)電場(chǎng)群的信息匯集處單獨(dú)存在。

在給定場(chǎng)群內(nèi)多種信息基礎(chǔ)上，需要確定具體優(yōu)化目標(biāo)與調(diào)控思路，其優(yōu)化目標(biāo)將在下節(jié)詳細(xì)闡述，而調(diào)控思路即指多種信息融合的實(shí)現(xiàn)，也即各信息間的協(xié)調(diào)與配合關(guān)系。以調(diào)控時(shí)序?yàn)榫€索，闡述具體思路如下，如圖8所示：

一種基于融合信息的風(fēng)電場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法，包括：

步驟1：獲取至少三種不同時(shí)間間隔時(shí)窗下風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值，進(jìn)而確定風(fēng)電場(chǎng)群的日前調(diào)度計(jì)劃值以及修正日前調(diào)度計(jì)劃值；

步驟2：接入風(fēng)電場(chǎng)群調(diào)節(jié)能力及預(yù)測(cè)精度信息，再結(jié)合修正的日前調(diào)度計(jì)劃值，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間；

步驟3：以獲取的最短時(shí)間間隔的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值來(lái)判別風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率未來(lái)趨勢(shì)，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間的上下限，得到優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間；

步驟4：在優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令區(qū)間內(nèi)，以風(fēng)電場(chǎng)群總棄風(fēng)功率與總?cè)鳖~功率最小化為優(yōu)化調(diào)控目標(biāo)函數(shù)，在風(fēng)電場(chǎng)群約束條件下計(jì)算出總棄風(fēng)量和總儲(chǔ)能配置容量；

步驟5：按各風(fēng)場(chǎng)在棄風(fēng)功率中占比進(jìn)行等比例分配分配棄風(fēng)功率，按調(diào)節(jié)功率總量中各風(fēng)場(chǎng)貢獻(xiàn)占比值進(jìn)行等比例分配總儲(chǔ)能配置容量，最終完成風(fēng)電場(chǎng)群的優(yōu)化調(diào)控。

本發(fā)明的實(shí)施例選取三種不同時(shí)間間隔時(shí)窗下風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值，分別為24h、4h和30min間隔時(shí)窗下風(fēng)電場(chǎng)群的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值。

其中，以10～30min預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)判斷，以趨勢(shì)判斷結(jié)果、5～10min預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及當(dāng)前風(fēng)場(chǎng)出力與儲(chǔ)能狀態(tài)信息優(yōu)化調(diào)度指令區(qū)間。

3場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控方法

3.1優(yōu)化調(diào)控目標(biāo)

本發(fā)明優(yōu)化調(diào)控的目標(biāo)為：通過(guò)場(chǎng)群內(nèi)信息的融合利用，在保證調(diào)度指令要求前提下，最高效利用場(chǎng)內(nèi)預(yù)測(cè)功率信息與儲(chǔ)能調(diào)節(jié)信息，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)群總棄風(fēng)功率與總?cè)鳖~功率最小化。繼而以最小的調(diào)控代價(jià)換取可行的調(diào)控結(jié)果與最大限度的風(fēng)電功率接納。

優(yōu)化調(diào)控目標(biāo)函數(shù)為：

式中，|P_cut.i.t|為第i風(fēng)場(chǎng)在t時(shí)刻的棄風(fēng)功率值；|P_lack.i.t|為第i風(fēng)場(chǎng)在t時(shí)刻的缺額功率值；T為優(yōu)化調(diào)控周期。

作為對(duì)照系，同時(shí)計(jì)算無(wú)融合信息指導(dǎo)下各風(fēng)場(chǎng)單獨(dú)調(diào)控時(shí)的總棄風(fēng)功率與缺額功率最小目標(biāo)值，即：

式中，為風(fēng)場(chǎng)i單獨(dú)運(yùn)行時(shí)t時(shí)刻的棄風(fēng)功率值，為風(fēng)場(chǎng)i單獨(dú)運(yùn)行時(shí)t時(shí)刻的缺額功率值。

3.2約束條件

優(yōu)化調(diào)控中需要滿足的約束條件包括：

(1)功率平衡約束

單一風(fēng)場(chǎng)i運(yùn)行時(shí)，t時(shí)刻的功率平衡區(qū)間范圍約束為

式中，P_Ref.i.t,為風(fēng)場(chǎng)i在t時(shí)刻需要滿足的出力上下限約束；P_R.i.t為無(wú)調(diào)控時(shí)風(fēng)場(chǎng)i在t時(shí)刻的真實(shí)出力值；P_S.i.t為風(fēng)場(chǎng)i所配儲(chǔ)能在t時(shí)刻提供的功率值，在本式中正值為充電功率，負(fù)值為放電功率。

而以場(chǎng)群進(jìn)行融合處理后，其平衡關(guān)系為

式中，即為式(2)中的下界，為其上界。

(2)風(fēng)電場(chǎng)容量約束

為保證融合調(diào)控中每個(gè)風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)利益，在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，使每個(gè)風(fēng)場(chǎng)實(shí)際總出力不小于單獨(dú)調(diào)度時(shí)的總出力值。

式中，P_RR.i.t為融合后風(fēng)場(chǎng)i在t時(shí)刻的調(diào)控出力值；為融合前風(fēng)場(chǎng)i在t時(shí)刻的調(diào)控出力值；調(diào)度周期T通常為一天或一個(gè)結(jié)算周期，如果擴(kuò)展周期，或者周期循環(huán)聯(lián)動(dòng)，則可實(shí)現(xiàn)效益更大化。

(3)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率變化率約束

式中，ΔP/min為風(fēng)電場(chǎng)每分鐘功率變化率；S_N為風(fēng)電場(chǎng)的額定功率。

(4)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量限制

式中，C_bat.i為風(fēng)場(chǎng)i所配儲(chǔ)能裝置的當(dāng)前儲(chǔ)能容量；C_batmin.i分別為風(fēng)場(chǎng)i所配儲(chǔ)能裝置的最小荷電狀態(tài)。

(5)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充、放電速率限制

式中，P_Cbat.i、P_Dbat.i分別為風(fēng)場(chǎng)i所配儲(chǔ)能的充電與放電功率。

3.3可優(yōu)化指令區(qū)間判定

上述優(yōu)化目標(biāo)與約束條件可實(shí)現(xiàn)單一時(shí)間斷面(如當(dāng)前狀態(tài))下的最優(yōu)化調(diào)控，但無(wú)法兼顧時(shí)間維度下的前后影響。為此，本發(fā)明以預(yù)測(cè)得到的未來(lái)趨勢(shì)信息限定當(dāng)前狀態(tài)下的可優(yōu)化區(qū)間，考慮在當(dāng)前時(shí)刻為未來(lái)時(shí)刻可能出現(xiàn)的調(diào)控行為定向預(yù)留調(diào)控能力，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)調(diào)控的考慮。

當(dāng)前狀態(tài)包含儲(chǔ)能存儲(chǔ)狀態(tài)與風(fēng)電有功出力狀態(tài)，對(duì)應(yīng)調(diào)控時(shí)間為30min預(yù)測(cè)中的前兩步預(yù)測(cè)點(diǎn)。設(shè)定儲(chǔ)能的當(dāng)前存儲(chǔ)狀態(tài)包含L(容量偏低狀態(tài))、M(容量適中狀態(tài))、H(容量偏高狀態(tài))；當(dāng)前有功出力狀態(tài)包含UP(有功出力高于上限值)、IN(有功出力處于區(qū)間內(nèi))、DW(有功出力低于下限值)。

未來(lái)趨勢(shì)則指未來(lái)時(shí)刻風(fēng)電調(diào)控的需求狀態(tài)，對(duì)應(yīng)30min預(yù)測(cè)中后四步預(yù)測(cè)點(diǎn)。對(duì)比調(diào)度值與預(yù)測(cè)值，將未來(lái)需求區(qū)分為盈余、平衡與虧欠三種狀態(tài)，其判定準(zhǔn)則為：對(duì)由當(dāng)前點(diǎn)與未來(lái)點(diǎn)組成的狀態(tài)序列，當(dāng)序列中前后兩點(diǎn)盈、虧相抵，則滿足平衡，繼續(xù)判斷下一點(diǎn)，直至無(wú)法滿足平衡或到達(dá)最后一點(diǎn)。如{虧、盈、虧、盈、盈}，則判定未來(lái)趨勢(shì)為盈余狀態(tài)。

對(duì)于不同的當(dāng)前狀態(tài)與未來(lái)趨勢(shì)，優(yōu)化調(diào)控的可優(yōu)化區(qū)間上、下限取值各不相同，其具體判定如表1所示。

表1可優(yōu)化指令區(qū)間判定表

表1中，⊙為“與”標(biāo)志，⊕為“或”標(biāo)志。

4.1算例設(shè)計(jì)

本發(fā)明以山東半島地區(qū)6個(gè)相近風(fēng)場(chǎng)構(gòu)成的場(chǎng)群為例，利用其2014年6月9日的實(shí)際有功出力與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算例設(shè)計(jì)與仿真分析，各風(fēng)場(chǎng)的裝機(jī)容量與儲(chǔ)能配置^[18]情況如表2所示。

表2算例系統(tǒng)參數(shù)表

同樣，對(duì)風(fēng)場(chǎng)24h、4h及30min數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，依據(jù)24h與4h數(shù)據(jù)下達(dá)并修訂各風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度指令，所得調(diào)度指令如圖3所示。

圖3(a)為WF1依據(jù)24h、4h數(shù)據(jù)按90％置信水平得到的調(diào)度指令曲線與真實(shí)功率曲線。圖3(b)為場(chǎng)群依據(jù)24h、4h數(shù)據(jù)按90％置信水平得到的調(diào)度指令曲線與真實(shí)功率曲線。

由圖3(a)和圖3(b)可以看出，4h的功率預(yù)測(cè)相對(duì)于日前預(yù)測(cè)值的精度提升明顯，依此修訂得到的調(diào)度指令值對(duì)于風(fēng)場(chǎng)、電網(wǎng)均在可接受范圍內(nèi)。

在儲(chǔ)能容量狀態(tài)判定方面，仿真計(jì)算取[0,0.4]為L(zhǎng)狀態(tài)，(0.4,0.7]為M狀態(tài)，(0.7,1]為H狀態(tài)。在調(diào)度指令區(qū)間選擇方面，則必須綜合考慮系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力^[15]與風(fēng)電裝機(jī)容量因素，基于現(xiàn)有研究結(jié)論，本發(fā)明選取3％、5％調(diào)度指令區(qū)間分別進(jìn)行仿真計(jì)算。

4.2算例結(jié)果分析

為比較優(yōu)化結(jié)果，本發(fā)明分未進(jìn)行融合與考慮融合、3％與5％指令區(qū)間四種情況進(jìn)行分析。當(dāng)取5％區(qū)間時(shí)，分別進(jìn)行無(wú)場(chǎng)群融合與本發(fā)明融合方法下的場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控，得到棄風(fēng)功率與缺額功率分別如圖4(a)和圖4(b)所示。

由圖4(a)和圖4(b)可以看出，融合后的調(diào)控效果明顯優(yōu)于未融合前，但在功率缺額曲線的(80～90)×5min處，融合后的缺額反而高于未融合前，其原因是在此時(shí)段前WF3較平穩(wěn)，而WF2、WF6的缺額占用了WF3的儲(chǔ)能配置，進(jìn)入該時(shí)段后WF5自身波動(dòng)劇烈，而連續(xù)的功率缺額致使儲(chǔ)能無(wú)法應(yīng)對(duì)。

當(dāng)取指令區(qū)間為3％時(shí)，得到融合前后的風(fēng)電場(chǎng)群棄風(fēng)與缺額功率情況如圖5(a)和圖5(b)所示。

由圖5(a)和圖5(b)可看出，3％區(qū)間下融合前后的優(yōu)化調(diào)控效果依然明顯，而為了更直觀對(duì)比兩種區(qū)間下，融合前后的調(diào)控效果，統(tǒng)計(jì)前述四種情況下的棄風(fēng)、缺額與總輸出能量值如表3所示。

表3不同指令區(qū)間下融合前后棄風(fēng)與缺額情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

分析上表，5％區(qū)間下融合前后減少的棄風(fēng)能量為302.35MW.h，減少缺額能量為198.66MW.h，3％區(qū)間下，上述兩值分別為303.38MW.h、193.88MW.h，由此證明了融合前后的優(yōu)化調(diào)控效果。但需要注意的是，融合前后的總能量與棄風(fēng)、缺額能量并不完全對(duì)等，其原因在于本發(fā)明優(yōu)化策略中的區(qū)間限定，即各風(fēng)場(chǎng)與場(chǎng)群的未來(lái)趨勢(shì)并不完全一致所引起的。

本發(fā)明調(diào)控方法不僅體現(xiàn)了棄風(fēng)與缺額功率的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，由于充分利用了儲(chǔ)能、調(diào)控指令等場(chǎng)群內(nèi)調(diào)控信息，使得融合后的場(chǎng)群輸出功率更為接近場(chǎng)群的總調(diào)度指令。

圖6(a)是3％指令區(qū)間時(shí)融合前后的場(chǎng)群總輸出有功功率；圖6(b)是5％指令區(qū)間時(shí)融合前后的場(chǎng)群總輸出有功功率。

圖6中，實(shí)線梯形曲線為調(diào)度指令值，稀疏虛線為各風(fēng)場(chǎng)單獨(dú)調(diào)控時(shí)的總出力曲線，點(diǎn)劃線為場(chǎng)群融合調(diào)控后的總出力曲線，密集虛線則為完全無(wú)調(diào)控時(shí)的場(chǎng)群真實(shí)出力曲線。

由圖6(a)和圖6(b)所示結(jié)果可以看出，融合后的場(chǎng)群輸出功率顯然更為貼近指令需求，其原因在于多風(fēng)電場(chǎng)間的功率互補(bǔ)性被充分利用，同時(shí)又可集中場(chǎng)群內(nèi)的調(diào)控能力，對(duì)同時(shí)性功率實(shí)施更充分的調(diào)控，使得調(diào)控效果得到明顯提升。而對(duì)比不同區(qū)間下的調(diào)控效果，3％區(qū)間指令因區(qū)間范圍的減小，其與總調(diào)度指令的貼合效果更優(yōu)一些。

對(duì)比不同區(qū)間下場(chǎng)群融合前后，儲(chǔ)能的工作狀態(tài)，其主要性能參數(shù)如表4所示。

表4不同指令區(qū)間時(shí)融合前后儲(chǔ)能設(shè)備充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)與平均利用率表

由表4可以看出，在融合前后，儲(chǔ)能的功率存儲(chǔ)狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)有所降低，可見融合后的調(diào)控對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性是有益的；而融合前后儲(chǔ)能裝置利用率則不完全一致，這與所選時(shí)段下各風(fēng)場(chǎng)的功率波動(dòng)特性直接相關(guān)，本算例中WF3的波動(dòng)幅度與頻度相對(duì)較高，而融合后因相關(guān)性作用，抵消了部分波動(dòng)幅度與頻度，使其利用率略有下降，但總體依然呈提升狀態(tài)。對(duì)比不同區(qū)間下的儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)果參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，5％區(qū)間下的參數(shù)略優(yōu)于3％區(qū)間，但其優(yōu)越性并不明顯。

此外，在不同區(qū)間下融合前后的場(chǎng)群總體儲(chǔ)能狀態(tài)變化。圖7(a)是3％指令區(qū)間時(shí)融合前后場(chǎng)群總儲(chǔ)能變化曲線；圖7(b)是5％指令區(qū)間時(shí)融合前后場(chǎng)群總儲(chǔ)能變化曲線。

圖7(a)和圖7(b)中，分析時(shí)段20-30，80-100，230-260可以看出，無(wú)論哪種指令區(qū)間下，融合后的儲(chǔ)能利用率均得到明顯提升，而時(shí)段150-230在融合后的利用率則呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)。究其原因，前者是多風(fēng)場(chǎng)間功率同時(shí)性及未裝設(shè)儲(chǔ)能風(fēng)場(chǎng)加入所產(chǎn)生的結(jié)果，而后者則是多風(fēng)場(chǎng)間功率互補(bǔ)性所引起的。

上述算例分析說(shuō)明通過(guò)場(chǎng)群融合優(yōu)化調(diào)控可有效提升風(fēng)電功率的調(diào)控效果，提高場(chǎng)群內(nèi)調(diào)控設(shè)備的利用效率與場(chǎng)群總體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，驗(yàn)證了本發(fā)明所提方法的正確性與有效性。

本發(fā)明針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)群的有功優(yōu)化調(diào)控進(jìn)行了研究，主要結(jié)論可概括為：

(1)研究分析了風(fēng)電場(chǎng)群內(nèi)的多種優(yōu)化調(diào)控信息，給出了預(yù)測(cè)功率信息、調(diào)度指令信息的可優(yōu)化調(diào)控方式，為場(chǎng)群內(nèi)多種信息融合下的優(yōu)化調(diào)控提供了基礎(chǔ)；

(2)利用風(fēng)電場(chǎng)群匯集時(shí)的功率相關(guān)特性與上述場(chǎng)群內(nèi)的多種信息融合，提出一種可使風(fēng)資源互補(bǔ)性與儲(chǔ)能設(shè)備間協(xié)調(diào)性得以充分體現(xiàn)的，以風(fēng)電場(chǎng)群總損失功率與總?cè)鳖~功率最小化為目標(biāo)的場(chǎng)群有功優(yōu)化調(diào)控方法；

(3)構(gòu)建了仿真算例，對(duì)所提優(yōu)化調(diào)控方法進(jìn)行了仿真與計(jì)算分析，通過(guò)對(duì)比不同指令區(qū)間及融合前后的仿真分析結(jié)果，驗(yàn)證了本發(fā)明方法在效率性與經(jīng)濟(jì)性方面的提升，說(shuō)明了所提方法的正確性。

此外，在場(chǎng)群優(yōu)化調(diào)控的儲(chǔ)能分配上，本發(fā)明暫以等比例均分方式進(jìn)行處理，目前正在進(jìn)行進(jìn)一步探討，計(jì)劃從經(jīng)濟(jì)層面以激勵(lì)機(jī)制的方式對(duì)其實(shí)施更優(yōu)化的分配，使研究方法更具適用性。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。