專利名稱：風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種適應(yīng)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)主站端 風(fēng)電場有功功率控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是目前除水電外，技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)效益最好的一種可再生能源發(fā)電方 式。隨著國內(nèi)多個千萬千瓦級風(fēng)電基地的開工建設(shè)及大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電的隨機(jī) 性、波動性和間歇性的特點(diǎn)，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響逐漸顯現(xiàn)，與此同時電網(wǎng)運(yùn)行管理 和調(diào)度控制的難度逐漸增大?，F(xiàn)階段風(fēng)電并網(wǎng)后，電網(wǎng)采取優(yōu)先調(diào)度和全額收購的方式來接納風(fēng)電資源，通過 系統(tǒng)中常規(guī)能源機(jī)組(如火電機(jī)組和水電機(jī)組)的協(xié)調(diào)配合，以及網(wǎng)省調(diào)協(xié)調(diào)，優(yōu)化資源調(diào) 用的方式，跟蹤風(fēng)功率波動，調(diào)節(jié)風(fēng)電波動引起的有功不平衡量。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，風(fēng)電 爬坡過快，“反調(diào)峰”特性，增加了備用容量需求，提高了調(diào)節(jié)資源性能要求，降低了電網(wǎng)運(yùn) 行經(jīng)濟(jì)性。國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展“大規(guī)模集中式開發(fā)、高電壓遠(yuǎn)距離輸送”特點(diǎn)顯著，大潮流有功 輸送和大功率支援，不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，容易引起輸電線路、聯(lián)絡(luò)線過載、穩(wěn)定斷 面越限等運(yùn)行安全問題。電力系統(tǒng)中針對風(fēng)電接入的有功控制技術(shù)目前有如下方法文獻(xiàn)一《大量風(fēng)電引入電網(wǎng)時的頻率控制特性》(電力系統(tǒng)自動化2008年第32卷 第1期第29頁)在深入分析異步電動機(jī)頻率特性的基礎(chǔ)上，采用所開發(fā)的電力擾動裝置對 不同轉(zhuǎn)矩特性的異步電動機(jī)的頻率特性進(jìn)行了測試?；诩訖?quán)綜合的思路建立了包含異步 電動機(jī)的綜合負(fù)荷的頻率特性模型，同時分析了風(fēng)力發(fā)電的出力特性。通過對一個包含風(fēng) 力發(fā)電的電網(wǎng)進(jìn)行分析，論證了考慮負(fù)荷頻率特性以后，在同樣電網(wǎng)調(diào)頻能力的情況下，頻 率波動的偏差會變小。文獻(xiàn)二《雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組頻率控制的仿真研究》(電力系統(tǒng)自動化2007年第31 卷第7期第61頁)以雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組模型為基礎(chǔ)，根據(jù)雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組控制特點(diǎn)和控 制過程，在電力系統(tǒng)仿真軟件中增加了頻率控制環(huán)節(jié)，在系統(tǒng)頻率變化時，雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī) 組通過釋放或者吸收轉(zhuǎn)子中的一部分動能，相應(yīng)增加或者減少有功出力，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組 的頻率控制。仿真結(jié)果證明了頻率控制環(huán)節(jié)的有效性和實(shí)用性，并證明了通過增加附加頻 率控制環(huán)節(jié)，風(fēng)電場能夠在一定程度上參與系統(tǒng)頻率調(diào)整。上述文獻(xiàn)分別從風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場模型及特性、電參與電網(wǎng)一、二次頻率控制技 術(shù)等不同層面披露了風(fēng)電接入后的有功調(diào)度技術(shù)，但對于區(qū)域電網(wǎng)主站端的風(fēng)電場具體有 功控制，即采用何種控制模式、何種建模手段、控制的總體思路未深入涉及。文獻(xiàn)三《一種計(jì)及電網(wǎng)安全約束的風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度方法》(電力系統(tǒng)自動化2010年 第34卷第15期第71頁)提出了一種根據(jù)風(fēng)電功率預(yù)測、電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測和省間聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃， 計(jì)及電網(wǎng)安全穩(wěn)定等約束條件，制定風(fēng)電場出力計(jì)劃的優(yōu)化調(diào)度方法。文章提出的方法主 要為網(wǎng)省調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化安排常規(guī)能源機(jī)組，預(yù)留風(fēng)電出力空間保證風(fēng)電場有功出力在安全區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，為電網(wǎng)最大程度的接納風(fēng)電創(chuàng)造條件。文獻(xiàn)三提出的風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度方法，通過合理安排日前計(jì)劃做到系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和 風(fēng)電最大程度接入的平衡，并通過風(fēng)電場跟蹤安全區(qū)域曲線保證風(fēng)電接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定 運(yùn)行。從網(wǎng)省調(diào)資源協(xié)調(diào)，資源調(diào)用方式優(yōu)化以及電網(wǎng)安全角度等不同層面披露了風(fēng)電接 入后的電網(wǎng)和風(fēng)電場的有功功率控制技術(shù)，但是高風(fēng)電滲透率下，對于風(fēng)電場自身有功控 制涉及較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是1、針對風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行情況，提出了含風(fēng)電場控制的區(qū)域電網(wǎng)有功調(diào)度框架，減小 風(fēng)電的波動性對電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的影響，提升電網(wǎng)對風(fēng)電的可控能力；2、結(jié)合當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行情況，提出風(fēng)電場控制模式及基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功控 制，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，進(jìn)一步解決高風(fēng)電滲透率下的風(fēng)電消納問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)(1)風(fēng)電場有功控制總體技術(shù)構(gòu)架受風(fēng)電機(jī)組自身運(yùn)行特性和風(fēng)力發(fā)電的不確 定性影響，風(fēng)電機(jī)組難以具備像常規(guī)水、火電機(jī)組一樣的功率調(diào)節(jié)能力。將風(fēng)電機(jī)組納入?yún)^(qū) 域電網(wǎng)的有功調(diào)度與控制框架，采取基于風(fēng)電功率預(yù)測的“發(fā)電計(jì)劃跟蹤”為主，風(fēng)電機(jī)組 “直接參與調(diào)頻”為輔(稱之為輔助調(diào)頻)的控制原則。(2)風(fēng)電場控制建模常見方法針對風(fēng)電場有功控制，建立以風(fēng)電場為控制對象 的控制模型實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場有功控制，風(fēng)電跟蹤指令下發(fā)至風(fēng)電場，由當(dāng)?shù)刈詣影l(fā)電控制AGC 系統(tǒng)將計(jì)劃分解至風(fēng)機(jī)實(shí)施控制。(3)風(fēng)電場有功功率控制模式常規(guī)狀態(tài)下，風(fēng)電場的有功功率控制模式主要有 限制模式、調(diào)整模式、差值控制模式、斜率控制模式、平衡控制模式和頻率控制模式。各種控 制模式目的在于提升風(fēng)電的可控能力，減小風(fēng)電并網(wǎng)后對電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源的依賴，提高電網(wǎng) 運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。(4)基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制在保證系統(tǒng)風(fēng)電接入重要斷面穩(wěn)定裕 度前提下，以最大消納風(fēng)電等可再生能源為原則，計(jì)算得到各風(fēng)電場的有功出力計(jì)劃曲線， 實(shí)時發(fā)布到風(fēng)電場?；诜€(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制方法為利用風(fēng)電送出斷面的穩(wěn)定極限公式， 得到風(fēng)電場總可調(diào)出力的上限值，將其按照基于綜合分擔(dān)因子的風(fēng)電場功率分配策略在直 調(diào)風(fēng)電場中進(jìn)行分配；當(dāng)風(fēng)電場總出力位于輸送通道的安全裕度范圍內(nèi)，不限制各風(fēng)電場 的出力，按照最大能力來安排風(fēng)電場出力；當(dāng)風(fēng)電總出力超過了風(fēng)電通道的最大輸送能力， 所有風(fēng)場按照修正方法重新安排發(fā)電。本發(fā)明中的基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制方法如下風(fēng)電送出斷面的穩(wěn)定極限Plim滿足下列公式Plim =Pchg, 5min+ P norm +Pwf, max(1)
式中，P。hg,5min為根據(jù)風(fēng)電的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定的5Min內(nèi)風(fēng)功率最大變化值 (即穩(wěn)定斷面最小安全裕度)，Pnorm為常規(guī)機(jī)組發(fā)電最小出力，
Pwf,_為風(fēng)電通道的最大輸送能力，即風(fēng)電場的最大出力。APwf = Pwf-Pwf, max (2)式中，APwf為風(fēng)電通道超送的部分，Pwf為風(fēng)電通道實(shí)際輸送功率，Pwf,_為風(fēng)電通 道的最大輸送能力；必要時可以切除風(fēng)電場的饋線。具體分配原則為單個風(fēng)電場由加權(quán)公式得到該風(fēng)場參與有功出力分配的分擔(dān)因子(綜合評分)Fi, 計(jì)算公式為Fi = Σ λ ^Sjji (3)Σ Aj=I (4)式中λ ^為每個子項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，Sj,,為風(fēng)電場具體子項(xiàng)的評分，如調(diào)節(jié)精度、調(diào) 節(jié)速度、預(yù)測偏差等。由分擔(dān)因子，可得到風(fēng)電場有功出力的分配公式
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于，包括下列內(nèi)容(1)風(fēng)電場有功功率控制總體技術(shù)構(gòu)架建立將風(fēng)電機(jī)組納入?yún)^(qū)域電網(wǎng)的有功調(diào)度與 控制框架，采取基于風(fēng)電功率預(yù)測的“發(fā)電計(jì)劃跟蹤”為主，風(fēng)電機(jī)組“直接參與調(diào)頻”為輔， 稱之為輔助調(diào)頻的控制原則；(2)風(fēng)電場控制建模方法針對風(fēng)電場有功控制，建立以風(fēng)電場為控制對象的控制模 型實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場有功控制，風(fēng)電跟蹤指令下發(fā)至風(fēng)電場，由當(dāng)?shù)刈詣影l(fā)電控制AGC系統(tǒng)將風(fēng) 電場計(jì)劃分解至風(fēng)機(jī)實(shí)施控制；(3)風(fēng)電場有功功率控制模式常規(guī)狀態(tài)下，風(fēng)電場的有功功率控制模式包括限制 模式、調(diào)整模式、差值控制模式、斜率控制模式、平衡控制模式和頻率控制模式；(4)基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制在保證系統(tǒng)風(fēng)電接入重要斷面穩(wěn)定裕度前 提下，以最大消納可再生能源為原則，計(jì)算得到各風(fēng)電場的有功出力計(jì)劃曲線，實(shí)時發(fā)布到 風(fēng)電場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制 方法，其特征在于在所述步驟(1)中，風(fēng)電場參與輔助調(diào)頻的方式包含 ①高頻降出力調(diào)節(jié)，即放棄部分風(fēng)能；②低頻減出力調(diào)節(jié)，機(jī)組在正常情況下“降額發(fā)電”， 始終留有一定的備用裕度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于 在所述步驟(2)中，風(fēng)電場計(jì)劃的制定過程，采用多時間維度的風(fēng)電功率預(yù)測，并結(jié)合相 同時間級的負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、檢修計(jì)劃，綜合電網(wǎng)的安全約束，優(yōu)化編制經(jīng)濟(jì)目標(biāo)最優(yōu) 的發(fā)電計(jì)劃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于 在所述步驟(2 )中，風(fēng)電場有功控制對象的建模方法，由風(fēng)電場控制器WPLC來表征風(fēng)電場 控制設(shè)備，針對風(fēng)電控制特性設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)及參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電并網(wǎng)后主站端風(fēng)電場有功功率控制方法，其特征在于 在所述步驟(4)中，基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制方法為利用風(fēng)電送出斷面的穩(wěn)定 極限公式，得到風(fēng)電場總可調(diào)出力的上限值，將其按照基于綜合分擔(dān)因子的風(fēng)電場功率分 配策略在直調(diào)風(fēng)電場中進(jìn)行分配；當(dāng)風(fēng)電場總出力位于輸送通道的安全裕度范圍內(nèi)，不限 制各風(fēng)電場的出力，按照最大能力來安排風(fēng)電場出力；當(dāng)風(fēng)電總出力超過了風(fēng)電通道的最 大輸送能力，所有風(fēng)場按照修正方法重新安排發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適應(yīng)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)主站端風(fēng)電場有功功率控制方法。屬電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟提出了含風(fēng)電場控制的區(qū)域電網(wǎng)有功調(diào)度框架，采取基于風(fēng)電功率預(yù)測的“發(fā)電計(jì)劃跟蹤”為主，風(fēng)電機(jī)組“直接參與調(diào)頻”為輔的控制原則，對新增功能短期和超短期風(fēng)電功率預(yù)測，以及輔助調(diào)頻進(jìn)行了描述；給出了包含風(fēng)電場控制的有功調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)；提出風(fēng)電場有功功率控制模式，基于目前風(fēng)電控制技術(shù)，通過風(fēng)電參與電網(wǎng)有功控制，提高電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力；提出基于穩(wěn)定斷面的風(fēng)電場有功功率控制，在保證系統(tǒng)風(fēng)電接入重要斷面穩(wěn)定裕度前提下，以最大消納風(fēng)電等可再生能源為原則，進(jìn)一步解決高風(fēng)電滲透率下的風(fēng)電消納問題。
文檔編號F03D7/00GK102003337SQ20101055519
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者萬筱鐘, 白興忠, 騰賢亮 申請人:國電南瑞科技股份有限公司, 西北電網(wǎng)有限公司