大規(guī)模風電并網(wǎng)的有功協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟發(fā)展及資源、環(huán)境問題的日益嚴重，風電作為目前最主要的可再生能源在電網(wǎng)中的接入比例不斷增大。目前并網(wǎng)風電機組以變速風電機組（包括雙饋風電機組和永磁直驅(qū)風電機組）為主，該類風電機組有功輸出與系統(tǒng)頻率解耦，無法像常規(guī)機組一樣在系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時響應系統(tǒng)頻率變化以減小系統(tǒng)頻率偏差;與常規(guī)發(fā)電機組不同，風電機組最大可輸出功率取決于風速，受自然環(huán)境影響，風電功率具有較強的波動性，增大了電網(wǎng)凈負荷波動幅值和速率，增加了常規(guī)自動發(fā)電控制(aut

2、omatic generation control，AGC)機組的調(diào)節(jié)壓力和運行成本，嚴重制約了風電進一步發(fā)展;特別是在風速較高的情況下，風速一旦超過風電機組切出風速后會造成風機脫網(wǎng)，進而導致爬坡事件，對系統(tǒng)造成嚴重的有功沖擊，尤其是在我國風電大規(guī)模高度集中接入的背景下，爬坡事件一旦發(fā)生將會給系統(tǒng)帶來極大的運行風險。
　　本論文針對大規(guī)模風電并網(wǎng)帶來的有功平衡問題，以風電場與系統(tǒng)有功協(xié)調(diào)控制作為研究的主線索，以最大化消納風電為原則

3、，按照時序遞進的思路，分別從一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和經(jīng)濟調(diào)度時間尺度圍繞以下幾個方面進行了深入的理論研究，包括風電場參與系統(tǒng)調(diào)頻控制策略、風電場與AGC機組分布式協(xié)同控制、風電功率爬坡事件對系統(tǒng)運行風險影響評估、應對風電功率爬坡事件的備用需求分析和預防控制，主要研究工作及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)針對變速風電機組與同步發(fā)電系統(tǒng)弱耦合性導致系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量和一次調(diào)頻能力減小的問題，對變速風電機組調(diào)頻特性進行了分析，并據(jù)此提出了一種風電場

4、時序協(xié)同調(diào)頻控制策略。研究了變速風電機組附加頻率控制方式，分析了變速風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻過程中輸入機械功率與輸出電磁功率的動態(tài)變化過程，總結了風電機組調(diào)頻能力隨風速的變化規(guī)律，給出了風電機組參與系統(tǒng)調(diào)頻過程中的有功增量與調(diào)頻可持續(xù)時間的對應關系，在此基礎上提出了風電場時序協(xié)同調(diào)頻控制策略。依據(jù)該策略，風電場內(nèi)各風電機組按照風速-有功增量-參與時間相協(xié)調(diào)的調(diào)頻介入與退出機制參與系統(tǒng)調(diào)頻過程。通過四機兩區(qū)域系統(tǒng)進行仿真分析，結果表明通過對風

5、電機組群調(diào)頻深度進行協(xié)調(diào)，并對調(diào)頻退出時機施行有序分散化的策略，既充分挖掘了風電場參與系統(tǒng)調(diào)頻的潛力，又有效降低了風電場參與調(diào)頻所帶來的負面效應。
　　(2)針對風電預測精度較低且存在短時劇烈波動，導致常規(guī)AGC機組實際出力與計劃出力有較大的偏差，從而增加AGC機組調(diào)節(jié)壓力及成本的問題，提出了一種基于分布式控制方式的風電場與AGC機組協(xié)同控制模型和算法。風電功率隨機波動增大了系統(tǒng)凈負荷波動幅值和速率，在分鐘級時間尺度上主要由AGC

6、機組承擔調(diào)節(jié)任務。為在最大化消納風電的同時減少風電波動對AGC調(diào)節(jié)裕度的影響，構建了一種分鐘級時間尺度下的風電場與AGC機組協(xié)同控制模型，提出了一種適用于大規(guī)模風電并網(wǎng)的分布式增量一致算法，將凈負荷增量的預測值在AGC機組與風電場之間通過等邊際成本法則進行分配，以降低系統(tǒng)運行成本和提高系統(tǒng)風電消納能力。通過New-England39節(jié)點系統(tǒng)和山東某區(qū)域電網(wǎng)進行了仿真分析，結果表明所提策略可在保證AGC機組調(diào)節(jié)性能的前提下，在一定程度上提

7、高風電消納量和降低AGC機組運行成本。
　　(3)隨著風電滲透率的不斷增大，風電功率爬坡事件對系統(tǒng)有功平衡的影響日益嚴重，與常規(guī)風電功率波動相比，爬坡事件具有明顯的時序特性，且發(fā)生概率小、風險高，基于期望效用理論的風險評估方法難以將其與常規(guī)風電功率波動進行有效區(qū)分。針對該問題，依據(jù)調(diào)度風險規(guī)避的準則，基于前景理論的概率修正方法，提出了一種適用于風電功率爬坡事件的系統(tǒng)運行風險評估模型。分析了爬坡事件的特點及發(fā)生過程，針對爬坡事件具有

8、明顯時序性的特點，推導了與之相適應的常規(guī)機組時間相關停運模型，通過對常規(guī)機組可能停運時刻和對應的運行狀態(tài)分別進行抽樣，考慮了爬坡事件與常規(guī)機組停運之間的時序關系對評估結果的影響。以IEEE-RTS24節(jié)點系統(tǒng)為例，對多種場景下系統(tǒng)運行風險進行評估及對比分析，驗證了模型的有效性。
　　(4)風電功率爬坡事件具有明顯的時序特性，其預測信息通常表示為爬坡開始時間、持續(xù)時間和爬坡量等表征量的概率分布，與常規(guī)的風電預測信息存在較大差異，難以

9、直接應用于系統(tǒng)備用設置和預防控制過程。針對該問題，提出了一種應對風電功率爬坡事件的備用需求分析方法和預防控制策略。通過序列運算理論將爬坡事件在時序上的概率預測結果轉(zhuǎn)化為各時間斷面上爬坡量的概率分布，并在此基礎上結合風險可接受程度對系統(tǒng)備用需求進行了分析;據(jù)此提出了一種應對爬坡事件的預防控制策略，過程中不斷根據(jù)最新的爬坡事件日內(nèi)預測信息對調(diào)度計劃進行調(diào)整，調(diào)整量包括風電場減載量、常規(guī)機組計劃出力和備用容量。以IEEE-RTS24節(jié)點系統(tǒng)為