風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的方法和系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)的可運行機組在一定的運行周期內(nèi)（如日調(diào)度以一天為一個運行周 期），怎樣進行組合和安排開停機計劃，才能在滿足負(fù)荷需求并使整個系統(tǒng)的運行費用（燃 料耗量）最小，盡可能多的節(jié)約資源，這是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度研宄中的一個重要方面，它帶 來的經(jīng)濟效益也是可觀的。
[0003] 隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為十分重要的研宄課題，其中電 網(wǎng)的頻率穩(wěn)定不僅關(guān)系到電網(wǎng)供電的質(zhì)量，同時對電網(wǎng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。常規(guī)電網(wǎng)頻率調(diào) 節(jié)的責(zé)任在中心調(diào)度，當(dāng)前電網(wǎng)的形勢決定并網(wǎng)的各個機組要擔(dān)負(fù)起主動調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率的 責(zé)任，如果所有機組在電網(wǎng)頻率異常時均能相應(yīng)及時增減一定量的有功功率，則電網(wǎng)即使 失去單臺大容量機組，電網(wǎng)頻率將能自動恢復(fù)到正常范圍。
[0004] 由于風(fēng)電的易變性和不確定性，大比例風(fēng)電并網(wǎng)首先會給電網(wǎng)的經(jīng)濟運行調(diào)度造 成嚴(yán)重的困難，最終將會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成威脅，從而也使風(fēng)電場利用小時數(shù)過 低，無法形成規(guī)模效應(yīng)。通過風(fēng)功率日前及未來每半小時滾動預(yù)測，可以在一定程度上改善 風(fēng)功率不確定性對電力平衡帶來的影響，目前風(fēng)電功率日前預(yù)測的準(zhǔn)確度已達80 %，每半 時滾動預(yù)測的精度可達到90%。然而，仍有10?20%的風(fēng)電功率隨機波動成為影響電網(wǎng) 頻率穩(wěn)定的重要因素。
[0005] 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，對增加我們能源供應(yīng)，調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)和保 護生態(tài)環(huán)境有積極作用。目前，風(fēng)電已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)普遍接受的替代能源技術(shù)，近年來 我國風(fēng)電裝機規(guī)模快速擴大，成為增長率最高的一個新興產(chǎn)業(yè)。然而，由于風(fēng)電的易變性和 不確定性，大比例風(fēng)電并網(wǎng)會對電網(wǎng)運行、調(diào)度和穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的影響，對我國尚不堅強 的電網(wǎng)構(gòu)成沖擊，使風(fēng)電場利用小時數(shù)過低，無法形成規(guī)模效應(yīng)。
[0006] 為了解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性問題，必須進行包含風(fēng)電并網(wǎng)的水 電、火電及燃?xì)鈾C組在內(nèi)的全網(wǎng)電源的優(yōu)化協(xié)調(diào)研宄。
[0007] 不考慮運行約束的機組組合及經(jīng)濟調(diào)度問題傳統(tǒng)上已經(jīng)得到解決。其中最重要的 一方面是在系統(tǒng)正常運行期間保持電網(wǎng)頻率和電壓在可接受的水平。但是由于風(fēng)能的不確 定性，風(fēng)電場的出力無法完全準(zhǔn)確預(yù)測，目前最先進的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，其日前預(yù)測的準(zhǔn)確 度可以達到80 %，半小時預(yù)測的準(zhǔn)確度可以達到90 %，仍有10?20 %的偏差。當(dāng)系統(tǒng)失去 部分風(fēng)力發(fā)電時，發(fā)電和負(fù)荷的平衡受到擾動，其結(jié)果是電網(wǎng)頻率下降、電壓變化。為了保 證穩(wěn)定運行并將對系統(tǒng)的影響降到最低，必須使被破壞的功率平衡在最短的時間內(nèi)得到恢 復(fù)，其手段有激活運行機組的旋轉(zhuǎn)備用、切除負(fù)荷，或者二者同時使用。典型地，發(fā)電機組的 旋轉(zhuǎn)備用由秒級備用和分鐘備用組成。秒級備用通過汽輪機的初次調(diào)節(jié)，在幾秒鐘內(nèi)激活 (不超過30s);而分鐘備用通過二次調(diào)節(jié)實現(xiàn)，一般在幾秒鐘到幾分鐘之間。
[0008] 隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為十分重要的研宄課題，其中電 網(wǎng)的頻率穩(wěn)定不僅關(guān)系到電網(wǎng)供電的質(zhì)量，同時對電網(wǎng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。常規(guī)電網(wǎng)頻率調(diào) 節(jié)的責(zé)任在中心調(diào)度，當(dāng)前電網(wǎng)的形勢決定并網(wǎng)的各個機組要擔(dān)負(fù)起主動調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率的 責(zé)任，如果所有機組在電網(wǎng)頻率異常時均能相應(yīng)及時增減一定量的有功功率，則即使電網(wǎng) 發(fā)生不可預(yù)測的風(fēng)電功率波動或者失去單臺大容量機組，電網(wǎng)頻率也能自動恢復(fù)到正常范 圍。
[0009] 成功的緊急頻率調(diào)節(jié)要求系統(tǒng)中運行的機組提供足夠的秒級備用，而傳統(tǒng)的機組 組合算法只能處理在不包含動態(tài)條件下緊急頻率調(diào)節(jié)時的旋轉(zhuǎn)備用容量。為了維持可靠的 功率供應(yīng)，要求提供足夠的秒級備用容量。但是，為了滿足頻率安全，秒級備用在運行機組 上的分配導(dǎo)致一些運行機組的低負(fù)荷運行，進而，為了滿足負(fù)荷需求，將導(dǎo)致運行機組數(shù)量 的增加。因此，這樣就增加了系統(tǒng)整體的燃料費用?，F(xiàn)有的機組組合和經(jīng)濟調(diào)度算法都只 考慮給定負(fù)荷條件下總的旋轉(zhuǎn)備用能力，使這些算法的結(jié)果不可靠。為了在秒級備用和燃 料費用之間實現(xiàn)平衡，需要對機組組合進行優(yōu)化，使系統(tǒng)在各個時間間隔內(nèi)提供剛剛夠用 秒級備用的功率來滿足頻率安全要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的方 法，其能夠根據(jù)水電、火電及燃?xì)鈾C組的特性進行機組組合優(yōu)化，確定必要的秒級備用，并 將秒級備用在水電、火電及燃?xì)鈾C組等之間進行優(yōu)化分配，使電網(wǎng)能夠?qū)崟r消納在預(yù)測之 外的風(fēng)電功率10?20%的隨機波動，滿足負(fù)荷需求并使整個系統(tǒng)的運行費用最小。
[0011] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu) 化協(xié)調(diào)的方法，其特征在于，該方法包括：首先，根據(jù)機組當(dāng)日開停機計劃和短期、超短期的 風(fēng)電功率預(yù)測，確定區(qū)域電網(wǎng)對總的秒級備用要求，所述總的秒級備用要求為在預(yù)測風(fēng)電 出力最大偏差為20%時的旋轉(zhuǎn)備用功率；
[0012] 然后，對區(qū)域電網(wǎng)中的水電機組和火電機組進行優(yōu)化組合計算，包括在第一序列， 第二序列與第三序列機組間進行優(yōu)化分配，其中，第一序列為燃?xì)鈾C組和抽水蓄能機組，第 二序列為水庫具有調(diào)節(jié)能力的水電機組，第三序列為快速調(diào)節(jié)的火電機組；使各類型機組 的優(yōu)化組合方案能夠滿足負(fù)荷及風(fēng)電功率隨機變化所需的秒級備用容量要求；
[0013] 根據(jù)機組出力限制判斷校驗秒級備用容量要求是否達到指定的秒級備用容量，如 果沒有達到，調(diào)整具備秒級備用能力的發(fā)電機組的出力限值，重新進行機組優(yōu)化組合計算， 直到達到指定的秒級備用容量；
[0014] 對于滿足秒級備用容量要求的機組組合方案，進行仿真計算，以校驗該秒級備用 容量在風(fēng)力發(fā)電出力按指定范圍變化時，是否能將頻率維持在指定水平，如果不能，修改秒 級備用容量要求并重新求解和驗證。
[0015] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，其特征 在于，包括：
[0016] 確定單元，用于根據(jù)機組當(dāng)日開停機計劃和短期、超短期的風(fēng)電功率預(yù)測，確定區(qū) 域電網(wǎng)對總的秒級備用要求，所述總的秒級備用要求為在預(yù)測風(fēng)電出力最大偏差為20%時 的旋轉(zhuǎn)備用功率；
[0017] 計算單元，用于對區(qū)域電網(wǎng)中的水電機組和火電機組進行優(yōu)化組合計算，包括在 第一序列，第二序列與第三序列機組間進行優(yōu)化分配，其中，第一序列為燃?xì)鈾C組和抽水蓄 能機組，第二序列為水庫具有調(diào)節(jié)能力的水電機組，第三序列為快速調(diào)節(jié)的火電機組；使各 類型機組的優(yōu)化組合方案能夠滿足負(fù)荷及風(fēng)電功率隨機變化所需的秒級備用容量要求；
[0018] 檢測單元，根據(jù)機組出力限制判斷校驗秒級備用容量要求是否達到指定的秒級備 用容量，如果沒有達到，調(diào)整具備秒級備用能力的發(fā)電機組的出力限值，重新進行機組優(yōu)化 組合計算，直到達到指定的秒級備用容量；
[0019] 校驗單元，用于對滿足秒級備用容量要求的機組組合方案，進行仿真計算，以校驗 該秒級備用容量在風(fēng)力發(fā)電出力按指定范圍變化時，是否能將頻率維持在指定水平，如果 不能，修改秒級備用容量要求并重新求解和驗證。
[0020] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下實質(zhì)性特點和進步：
[0021] 第一，實現(xiàn)簡單，包含大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的條件下，在短期、超短期風(fēng)電功率預(yù) 測（日前及半小時的滾動預(yù)測）的基礎(chǔ)上，首先根據(jù)水電、火電及燃?xì)鈾C組的特性進行機組 組合優(yōu)化，在科學(xué)、合理的開停機計劃基礎(chǔ)上，確定必要的秒級備用，并將秒級備用在水電、 火電及燃?xì)鈾C組等之間進行優(yōu)化分配，使電網(wǎng)能夠?qū)崟r消納在預(yù)測之外的風(fēng)電功率10? 20%的隨機波動，滿足負(fù)荷需求并使整個系統(tǒng)的運行費用（燃料耗量）最小，盡可能多的節(jié) 約資源，實現(xiàn)風(fēng)電、水電和火電機組的優(yōu)化協(xié)調(diào)，由燃?xì)鈾C組、抽水蓄能、水電、火電等常規(guī) 電廠的快速調(diào)節(jié)滿足風(fēng)電不確定性帶來的有功功率波動。
[0022] 第二，實用性強，在電力系統(tǒng)短期運行調(diào)度中，考慮到風(fēng)電功率和負(fù)荷預(yù)測的不確 定性以及發(fā)電設(shè)備故障的可能性，除安排足夠的發(fā)電容量滿足預(yù)測的負(fù)荷外，為系統(tǒng)預(yù)留 一定的發(fā)電備用容量。在風(fēng)電出力跌落時，通過指定的燃?xì)鈾C組、抽水蓄能、有調(diào)節(jié)能力的 水電機組及快速調(diào)節(jié)的火電機組的一次調(diào)頻的快速響應(yīng)機制，提供充足的秒級備用來捕獲 系統(tǒng)的頻率跌落，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定并盡量避免切除負(fù)荷。在風(fēng)電出力突然增加時，通過指 定的燃?xì)鈾C組、抽水蓄能、有調(diào)節(jié)能力的水電機組及快速調(diào)節(jié)的火電機組的一次調(diào)頻的快 速響應(yīng)機制，快速減少出力以捕獲系統(tǒng)的頻率上升，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。
[0023] 第三，安全可靠，本發(fā)明使系統(tǒng)在失去大量風(fēng)電的情況下，提出方法可以提供足夠 的秒級備用去捕捉頻率下降并確?？煽康墓β使?yīng)，同時最小化運行機組的燃料費用。風(fēng) 電功率可以作為一種負(fù)的負(fù)荷，將其10?20%的波動作為確定秒級備用的基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電 的損失導(dǎo)致的頻率下降首先通過激活秒級備用來補償，然后，如果需要的話，代之以激活分 鐘備用或者切負(fù)荷。考慮到與系統(tǒng)秒級備用有關(guān)的兩個因素：全部秒級備用的供應(yīng)，與激活 秒級備用的動態(tài)特性，這兩個因素在一定程度上決定失去發(fā)電后的頻率恢復(fù)速度和系統(tǒng)安 全。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的方法的流程示意圖；
[0025] 圖2是圖1所示方法的秒級備用優(yōu)化分配的實施例示意圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明的風(fēng)電、水電和火電機組優(yōu)化協(xié)調(diào)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 更好地理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例