專利名稱：風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ace控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)有功控制領(lǐng)域，涉及一種適應(yīng)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE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)濟效益最好的一種可再生能源發(fā)電方式。大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)運行后，風(fēng)電的隨機性、波動性和間歇性的特點對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響逐漸顯現(xiàn)。隨著國內(nèi)多個千萬千瓦級風(fēng)電基地的開工建設(shè)，電網(wǎng)在保證安全穩(wěn)定運行及保證有功控制性能的前提下全部消納風(fēng)電的難度逐漸增大，同時對電網(wǎng)調(diào)度和有功控制也提出了更高的要求。根據(jù)國家新能源政策的要求，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。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，風(fēng)電爬坡和下坡速率過快，“反調(diào)峰”、間歇特性大大增加了電網(wǎng)對常規(guī)能源調(diào)節(jié)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)運行經(jīng)濟性。從當(dāng)前已并網(wǎng)風(fēng)電的有功控制情況看，盡管很多風(fēng)電場具備接受遠方控制的能力，但出于風(fēng)電有功控制經(jīng)驗缺乏及風(fēng)電資源最大化利用等原因，風(fēng)電有功控制尚處于跟蹤日前計劃的階段，風(fēng)電場日前計劃受風(fēng)功率預(yù)測精度及全網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果影響，風(fēng)電有功控制較為粗獷，風(fēng)電資源利用效果不佳。因此，為了充分實現(xiàn)風(fēng)電資源最大化利用，就必須摒棄現(xiàn)有的計劃值控制模式，將風(fēng)電場引入常規(guī)AGC控制，進行風(fēng)電與常規(guī)能源的一體化及區(qū)別控制，實現(xiàn)風(fēng)電與常規(guī)能源的統(tǒng)一控制。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 期第四頁)在深入分析異步電動機頻率特性的基礎(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的頻率特性進行了測試。基于加權(quán)綜合的思路建立了包含異步電動機的綜合負(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。文獻二《雙饋變速風(fēng)電機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)以雙饋變速風(fēng)電機組模型為基礎(chǔ)，根據(jù)雙饋變速風(fēng)電機組控制特點和控制過程，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，雙饋變速風(fēng)電機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，實現(xiàn)了風(fēng)電機組的頻率控制。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。上述文獻分別從風(fēng)電機組和風(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)，但并未涉及大規(guī)模風(fēng)電接入與常規(guī)能源協(xié)調(diào)控制策略與控制方法。文獻三《一種計及電網(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)線計劃， 計及電網(wǎng)安全穩(wěn)定等約束條件，制定風(fēng)電場出力計劃的優(yōu)化調(diào)度方法。文章提出的方法主要為網(wǎng)省調(diào)度機構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化安排常規(guī)能源機組，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)定運行，為電網(wǎng)最大程度的接納風(fēng)電創(chuàng)造條件。文獻三提出的風(fēng)電優(yōu)化調(diào)度方法，通過合理安排日前計劃做到系統(tǒng)運行經(jīng)濟性和風(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)，但是并未從實時控制和AGC角度分析風(fēng)電與常規(guī)能源協(xié)調(diào)對風(fēng)電場有功功率控制技術(shù)進行論述。文獻四((System control of large scale wind power by use of automatic generation control (AGC)》(Quality and Security of Electric Power Delivery Systems, 2003. CIGRE/PES 2003. CIGRE/IEEE PES International Symposium 8-10 Oct. 2003, On page (s) : 15 - 21)提出了將風(fēng)電實際發(fā)電功率與計劃發(fā)電功率偏差引入 AG C控制，從電力市場角度分析風(fēng)電接入與系統(tǒng)控制問題。文獻四主要從電力市場角度分析風(fēng)電實際出力與計劃出力的偏差平衡問題，當(dāng)風(fēng)電場實際出力與計劃出力有偏差時，偏差部分引入AGC控制，由AGC自動調(diào)用其他能源滿足功率偏差需求，實現(xiàn)風(fēng)電資源的消納、功率平衡及頻率穩(wěn)定。文獻四討論的問題局限于風(fēng)電場實際出力與計劃出力偏差，主要觀點為討論風(fēng)電場計劃完成問題，并未研究在大規(guī)模風(fēng)電場接入后對電網(wǎng)安全穩(wěn)定產(chǎn)生影響時風(fēng)電消納問題。文獻五《Research on Active Power Real-Time Dispatching of Wind Farm Integration》(Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2010 Asia-Pacific , 28-31 March 2010 , On page(s) : 1 - 4)分析了大規(guī)模風(fēng)電場的功率特性，提出了大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)的彈性調(diào)度方法，通過仿真和對比分析研究，文獻五認(rèn)為風(fēng)電場應(yīng)該根據(jù)超短期負(fù)荷預(yù)報的結(jié)果預(yù)留一部分調(diào)節(jié)容量以應(yīng)對頻率一次和二次調(diào)整， 以減少風(fēng)電場功率波動，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。文獻五從風(fēng)電場預(yù)留調(diào)節(jié)容量角度分析減小大規(guī)模風(fēng)電接入后風(fēng)電間歇性對電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響，但要求風(fēng)電場根據(jù)超短期負(fù)荷預(yù)報結(jié)果預(yù)留一部分調(diào)節(jié)容量有悖于當(dāng)前新能源發(fā)展政策中盡量消納風(fēng)電資源的基本要求。與本發(fā)明從風(fēng)電與常規(guī)能源協(xié)調(diào)角度實現(xiàn)盡量消納風(fēng)電的策略有較大的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是
1、針對當(dāng)前風(fēng)電控制多采用跟蹤計劃的運行模式，提出了常規(guī)能源機組與風(fēng)電場的統(tǒng)一建模，實行風(fēng)電與常規(guī)機組共同參與AGC控制，實現(xiàn)風(fēng)電實時參與ACE (區(qū)域控制偏差， Area Control Error)調(diào)節(jié)。2、針對風(fēng)電資源最大化利用的基本要求，提出了常規(guī)能源機組與風(fēng)電場的協(xié)調(diào)配合，優(yōu)化資源調(diào)用的方式，實現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定與風(fēng)電資源充分利用的雙重目標(biāo)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE控制方法，包括下列步驟1)在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)中建立一個主控制區(qū)域，實施互聯(lián)電網(wǎng)的常規(guī)區(qū)域控制，主控制區(qū)域的控制目標(biāo)為維持電網(wǎng)的頻率在控制范圍內(nèi)，或為維持本控制區(qū)域與其他相鄰控制區(qū)域交換功率為給定計劃值，或上述兩個控制目標(biāo)同時滿足。2)系統(tǒng)中的主控制區(qū)域模型中具有足夠多的遠方可控常規(guī)能源機組，在負(fù)荷高峰、低谷段都具備一定的上下調(diào)節(jié)備用；
3)在主控制區(qū)域AGC模型中建立風(fēng)電場控制對象模型，風(fēng)電場控制對象具備與常規(guī)機組類似的屬性和設(shè)置參數(shù)，包括控制模式，調(diào)節(jié)范圍，裝機容量，分擔(dān)因子，命令死區(qū)，最大命令，遠方可控信號，增減閉鎖信號，遙測調(diào)節(jié)上下限。4)風(fēng)電場控制對象的控制模式為自動模式，計劃跟蹤模式，給定功率模式，風(fēng)電場控制對象的控制模式可以自由設(shè)置。其中，自動模式下風(fēng)電場控制對象的控制目標(biāo)位控制區(qū)域ACE，計劃跟蹤模式下風(fēng)電場控制對象的控制目標(biāo)為風(fēng)電場的發(fā)電計劃，給定功率模式下的風(fēng)電場控制目標(biāo)位人工給定值。5)在建立完常規(guī)機組模型和風(fēng)電場控制模型后，按照發(fā)電類型的不同，將常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象分成兩組，組與組之間和組內(nèi)可以設(shè)置不同的優(yōu)先級策略，實現(xiàn)組內(nèi)調(diào)節(jié)需求的優(yōu)化分配。6)在完成控制區(qū)域模型、常規(guī)機組模型、風(fēng)電場控制模型的建立和常規(guī)機組與風(fēng)電場控制對象分組控制后，設(shè)置控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略，可以為實時ACE調(diào)節(jié)或風(fēng)電最大能力消納。7)控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略為實時ACE時，風(fēng)電控制組與常規(guī)能源控制組之間采用優(yōu)先級控制，加出力時風(fēng)電控制組優(yōu)先，減出力時常規(guī)能源組優(yōu)先。8)控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略為最大能力風(fēng)電消納時，正?？刂茣r風(fēng)電控制組處于最大出力狀態(tài)，所有風(fēng)電場的控制目標(biāo)為風(fēng)電場的調(diào)節(jié)上限。9)當(dāng)負(fù)荷特殊時段或電網(wǎng)處于特殊運行方式下，控制區(qū)域風(fēng)電總體策略為風(fēng)電最大能力消納，主控制區(qū)調(diào)節(jié)備用不足以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行時，AGC自動對模型內(nèi)部風(fēng)電場進行限功率。當(dāng)ACE為正時，AGC可以根據(jù)預(yù)設(shè)的分擔(dān)因子將ACE分配給常規(guī)機組和所有可控風(fēng)電場，對各個風(fēng)電場之間的ACE分配，AGC可以自動的根據(jù)預(yù)先設(shè)置的排序原則將分配到的調(diào)節(jié)需求再次分配到各個風(fēng)電場，實現(xiàn)調(diào)節(jié)需求的快速最優(yōu)分配。當(dāng)ACE為負(fù)時， 優(yōu)先增加風(fēng)電場出力，在風(fēng)電場出力均達到調(diào)節(jié)上限后，再將ACE分配到常規(guī)機組。
具體實施例方式在本發(fā)明中，披露了一種風(fēng)電場與常規(guī)能源統(tǒng)一建模和共同參與ACE控制方法。 在建立控制區(qū)域AGC模型時，同時包含了常規(guī)能源機組和風(fēng)電場控制對象，風(fēng)電場控制對象按常規(guī)機組類似參數(shù)建模，使風(fēng)電場具備了類似常規(guī)機組的控制特性，又將常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象設(shè)置為不同的組別，使得風(fēng)電場控制對象與常規(guī)機組不同的特性在 AGC中得到體現(xiàn)。在建立完常規(guī)機組模型和風(fēng)電場控制模型后，按照發(fā)電類型的不同，將常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象分成兩組，組與組之間和組內(nèi)可以設(shè)置不同的優(yōu)先級或比例分擔(dān)策略，實現(xiàn)組內(nèi)調(diào)節(jié)需求的優(yōu)化分配。正?？刂茣r，主控制區(qū)域?qū)CE按照不同類型控制組組間分配策略和控制組內(nèi)分配策略分配到常規(guī)機組和風(fēng)電場控制對象。在本發(fā)明中，披露了一種面向風(fēng)電資源最大利用的風(fēng)電場與常規(guī)電源一體化協(xié)調(diào)控制方法。在AGC自動控制時，如果主控制區(qū)域調(diào)節(jié)備用足夠，AGC自動將所有風(fēng)電場出力狀態(tài)設(shè)為風(fēng)電最大出力狀態(tài)。自動調(diào)節(jié)模式風(fēng)電場控制對象的控制目標(biāo)設(shè)為風(fēng)電場調(diào)節(jié)上限，跟蹤計劃模式風(fēng)電場的計劃值設(shè)為風(fēng)電場調(diào)節(jié)上限。當(dāng)負(fù)荷特殊時段或電網(wǎng)處于特殊運行方式下，主控制區(qū)調(diào)節(jié)備用不足以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行時，AGC自動對模型內(nèi)部風(fēng)電場進行限功率。當(dāng)ACE處于為正時，AGC根據(jù)預(yù)設(shè)的分擔(dān)因子將ACE分配給常規(guī)機組和所有可控風(fēng)電場，對各個風(fēng)電場之間的ACE分配，AGC可以自動的根據(jù)預(yù)先設(shè)置的排序原則將分配到的調(diào)節(jié)需求再次分配到各個風(fēng)電場，實現(xiàn)調(diào)節(jié)需求的快速最優(yōu)分配。當(dāng)ACE為負(fù)時， 優(yōu)先增加風(fēng)電場出力，在風(fēng)電場出力均達到調(diào)節(jié)上限時，再將ACE分配到常規(guī)機組。通過考慮控制區(qū)調(diào)節(jié)備用與ACE調(diào)節(jié)方向?qū)︼L(fēng)電場控制對象進行區(qū)別控制，最終實現(xiàn)風(fēng)電場與常規(guī)電源的一體化協(xié)調(diào)控制。 本發(fā)明按照優(yōu)選實施例進行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，但上述實施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE控制方法，其特征在于，包括下列步驟1)在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)中建立一個主控制區(qū)域，實施互聯(lián)電網(wǎng)的常規(guī)區(qū)域控制，主控制區(qū)域的控制目標(biāo)為維持電網(wǎng)的頻率在控制范圍內(nèi)，或為維持本控制區(qū)域與其他相鄰控制區(qū)域交換功率為給定計劃值，或上述兩個控制目標(biāo)同時滿足；2)系統(tǒng)中的主控制區(qū)域模型中具有遠方可控常規(guī)火電機組，在負(fù)荷高峰、低谷段都具備上下調(diào)節(jié)備用；3)在主控制區(qū)域AGC模型中建立風(fēng)電場控制對象模型，風(fēng)電場控制對象具備與常規(guī)火電機組同樣的屬性和設(shè)置參數(shù)，包括控制模式、調(diào)節(jié)范圍、裝機容量、分擔(dān)因子、命令死區(qū)、 最大命令、遠方可控信號、增減閉鎖信號和遙測調(diào)節(jié)上下限；4)風(fēng)電場控制對象的控制模式為自動模式計劃跟蹤模式和給定功率模式，風(fēng)電場控制對象的控制模式可以自由設(shè)置，其中，自動模式下風(fēng)電場控制對象的控制目標(biāo)位控制區(qū)域 ACE，計劃跟蹤模式下風(fēng)電場控制對象的控制目標(biāo)為風(fēng)電場的發(fā)電計劃，給定功率模式下的風(fēng)電場控制目標(biāo)位人工給定值；5)在建立完常規(guī)火電機組模型和風(fēng)電場控制模型后，按照發(fā)電類型的不同，將常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象分成常規(guī)火電機組控制組和風(fēng)電場控制對象組，組與組之間和組內(nèi)設(shè)置不同的優(yōu)先級策略，實現(xiàn)組內(nèi)調(diào)節(jié)需求的優(yōu)化分配；6)在完成控制區(qū)域模型、常規(guī)機組模型、風(fēng)電場控制模型的建立和常規(guī)機組與風(fēng)電場控制對象分組控制后，設(shè)置控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略，控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略為實時ACE調(diào)節(jié)或風(fēng)電最大能力消納；7)控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略為實時ACE時，風(fēng)電控制組與常規(guī)火電控制組之間采用優(yōu)先級控制，加出力時風(fēng)電控制組優(yōu)先，減出力時常規(guī)火電組優(yōu)先；8)控制區(qū)域風(fēng)電總體控制策略為最大能力風(fēng)電消納時，正?？刂茣r風(fēng)電控制組處于最大出力狀態(tài)，所有風(fēng)電場的控制目標(biāo)為風(fēng)電場的調(diào)節(jié)上限；9)當(dāng)負(fù)荷特殊時段或電網(wǎng)處于特殊運行方式下，控制區(qū)域風(fēng)電總體策略為最大能力風(fēng)電消納，主控制區(qū)調(diào)節(jié)備用不足以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行時，AGC自動對模型內(nèi)部風(fēng)電場進行限功率。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE控制方法，其特征在于在所述步驟 5)中，正?？刂茣r，主控制區(qū)域?qū)CE按照不同類型控制組組間分配策略和控制組內(nèi)分配策略分配到常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE控制方法，其特征在于在所述步驟 9)中，當(dāng)ACE為正時，AGC根據(jù)預(yù)設(shè)的分擔(dān)因子將ACE分配給常規(guī)機組和所有可控風(fēng)電場，對各個風(fēng)電場之間的ACE分配，AGC自動根據(jù)預(yù)先設(shè)置的排序原則將分配到的調(diào)節(jié)需求再次分配到各個風(fēng)電場，實現(xiàn)調(diào)節(jié)需求的快速最優(yōu)分配；當(dāng)ACE為負(fù)時，優(yōu)先增加風(fēng)電場出力， 在風(fēng)電場出力均達到調(diào)節(jié)上限后，再將ACE分配到常規(guī)機組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)火統(tǒng)一建模參與ACE控制方法。在建立控制區(qū)域AGC模型時，包含常規(guī)火電機組和風(fēng)電場控制對象，風(fēng)電場控制對象按照常規(guī)火電機組特性類似建模，并按照發(fā)電類型的不同將風(fēng)電場和火電機組分為不同的控制組，組間和組內(nèi)均可設(shè)計不同的排序策略，實現(xiàn)風(fēng)電場與常規(guī)機組共同參與ACE調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過考慮控制區(qū)調(diào)節(jié)備用與ACE調(diào)節(jié)方向?qū)︼L(fēng)電場控制對象進行區(qū)別控制，最終實現(xiàn)風(fēng)電場與火電機組的一體化協(xié)調(diào)控制。
文檔編號H02J3/46GK102522781SQ20111044015
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉軍, 吳繼平, 孫榮富, 張哲 , 張小白, 張濤, 戴則梅, 李丹, 梁吉, 滕賢亮, 牛四清, 董昱, 謝旭, 韋仲康, 高宗和 申請人:華北電網(wǎng)有限公司, 國電南瑞科技股份有限公司