考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法

馬 曦，張靜楊，牛 聰

（國網西咸新區供電公司，陜西 西咸新區 712000）

0 引 言

隨著電力行業的現代化發展，數字化技術、現代化技術被應用到行業建設中，在此過程中考慮到計算機技術可以高效、精確地處理海量的數據，而且還可以方便地利用網絡通信來傳遞指令和相關數據。因此，電力系統調度自動化控制技術的應用可以起到提高電網工作效率的作用[1]。按照此種方式，進行電力系統運行管理，可以在電網運行中及時感知其安全隱患，降低由于人的操縱而造成的電力輸電異常現象，有效改善電力系統的運行品質，提高電力系統的可靠性，延長其使用壽命。在上述內容的基礎上，要確保電網的安全運行，提高電網的運行效率，就必須實現電網的整體協調。利用自動化控制技術，使電力系統調度工作的實施變得更加科學、合理，通過此種方式便可以切實保障電網供電質量，確保電網的安全運行。為了對電力系統進行合理的調度控制，必須根據系統中各子系統、所有電力設備的運行狀況、技術指標等數據信息，采用自動化控制技術，準確、全面地獲取各類信息與數據，并以此為依據，及時向終端技術人員反饋，為調度決策等相關工作的實施提供可靠參考依據[2]。但目前，我國相關電力系統調度自動化控制的研究仍局限在理論層面，要實現相關工作的推廣，本文將在此次研究中開展考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法的設計研究，為末端用戶用電提供更加優質的服務。

1 考慮高載能負荷建立分布式并網電力系統電源模型

為實現對電力系統調度的自動化控制，開展相關研究前，應在考慮高載能負荷的條件下，建立分布式并網電力系統的電源模型[3]。根據高載能負荷電網的恒功率因數運行方式進行電網中雙饋機無功功率的平衡，假定分布式電源的定子側功率因數保持不變，則電源定子繞組有功功率與無功功率之間的關系為

式中：Qs為電源定子繞組的有功功率；Ps為電源定子繞組的無功功率；φ為功率因數。在考慮發電機輸出電壓恒定的條件下，建立分布式并網電力系統的電源模型為

式中：Zi為分布式并網電力系統中第i條支路的電源模型；M為自阻抗；T為系統輸出的恒定電壓。按照上述方式，完成分布式并網電力系統電源模型的構建。

2 設計系統調度控制目標函數

在上述設計內容的基礎上，應明確分布式電源并網電力系統中的機組通過電子接口相連，即低壓線路可以直接接入智能電網[4]。控制過程中，為降低對電能資源的浪費，提高對新能源的利用率，提升電力系統的消納能力，在兼顧調度公平性的前提下，將最小棄風作為控制目標，建立目標函數為

式中：f為最小棄風作為控制目標函數的表達式；W為權重系數；Δp為最小棄風優化調整量；Ω為分布式電源并網電力系統的支路數量；r為電廠容量。按照上述方式，完成目標函數的構建。

3 電力系統調度安全約束與最小棄風控制

為確保構建的目標函數可以在實際應用中發揮預期效果，對電力系統調度過程中的Δp進行安全約束[5]。約束條件為

式中：p為調度過程中電力系統的最小棄風量；E為變量更新速度。自動化調度過程中，先將最小棄風量作為依據，進行電能的調度，逐步增加電能調度量，通過此種方式降低調度控制中對能源的浪費，從而實現對電力系統調度的安全約束與最小棄風控制，完成考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法設計。

4 實例應用分析

上文從3 個方面完成了考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法的設計，為實現對控制方法在實際應用中效果的檢驗，將以某地區大型分布式發電站為例，在將其作為試點的基礎上，按照本文方法提出的步驟進行分布式電源并網電力系統調度的自動化控制。為確保相關工作的實施達到預期效果，調度前，對試點單位的電網與關鍵節點構成進行分析，相關內容如圖1 所示。

圖1 分布式發電站關鍵節點構成

掌握分布式電源并網電力系統的基本結構后，設定電力系統中分布式電源的技術參數，相關內容如表1 所示。

按照上述方式，完成本次實驗的準備工作，在此基礎上，使用本文設計的方法進行電源并網電力系統調度的自動化控制。控制過程中，根據關鍵輸電節點的構成，從考慮高載能負荷角度出發，建立分布式并網電力系統電源模型。根據電力系統運行與末端的控制需求，設計分布式電源并網電力系統調度控制目標函數，為確保設計的目標函數發揮預期效果，對函數進行安全約束。最后，通過對電力系統調度過程中的棄風控制，完成本文方法在電力系統中的應用。

將自動化控制前后電力系統輸電中配電節點的消納能力作為評價本文設計方法可靠性的關鍵指標。其中，消納能力主要是指分布式電源并網電力系統在發電后，將未完全使用電能調度到需求負荷節點的能力。電力系統節點消納能力的計算公式為

式中：P為電力系統節點消納能力；L為輸電距離；K為電網最小負荷值；S為電力系統輸電過程中的網損值；r為電力負荷儲備量。對計算結果P進行量化，定義P的取值為0 ～10，其值越接近于10，說明電力系統的消納能力越強，即分布式電源并網電力系統調度自動化控制效果越好；反之，其值越接近于0，說明電力系統的消納能力越弱，即分布式電源并網電力系統調度自動化控制效果越差。按照上述標準，進行電力系統調度的自動化控制，對連續節點在控制前與控制后的消納能力計算結果進行統計，相關內容如表2 所示。

表2 連續節點在控制前與控制后的消納能力計算結果

從表2 所示的實驗結果可以看出，連續節點在控制前的消納能力為5 ～7，連續節點控制后的消納能力＞9。由此，得到如下實驗結論：本文設計的考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法的實際應用效果良好，按照該方法進行電力系統調度的自動化控制可以有效提高連續節點的消納能力，通過此種方式提高對電網中分布式能源的利用率，發揮電力系統在區域供電服務中的更高價值與效能。

5 結 論

分布式電源并網電力系統調度自動化控制技術可以全程監控電網運行的狀態，通過對輸電節點狀態的感知、分析與評估，為保障電網的安全運行提供技術層面的保障。因此，相關部門有必要結合產業發展的實際需求，加大對此方面內容研究的投入，并將其運用到更廣泛的領域中，以此全面提升電力行業的現代化與工業化發展能力。通過對電網調度的控制，可以提高電網調度工作的效率，為落實此項工作，助力電力行業的發展，本文在此次研究中通過建立分布式并網電力系統電源模型、設計分布式電源并網電力系統調度控制目標函數、電力系統調度安全約束與最小棄風控制，完成了考慮高載能負荷的分布式電源并網電力系統調度自動化控制方法的設計研究。完成設計后，該方法通過實驗證明了可以有效提高連續節點的消納能力，因此在后續的工作中，根據行業發展的具體需求，加大對本文方法的推廣使用，推動我國電力行業的規范化建設與持續化發展。