大規(guī)模風(fēng)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(yán)重，風(fēng)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(fēng)電機組以變速風(fēng)電機組（包括雙饋風(fēng)電機組和永磁直驅(qū)風(fēng)電機組）為主，該類風(fēng)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(yīng)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(fēng)電機組最大可輸出功率取決于風(fēng)速，受自然環(huán)境影響，風(fēng)電功率具有較強的波動性，增大了電網(wǎng)凈負(fù)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(yán)重制約了風(fēng)電進(jìn)一步發(fā)展;特別是在風(fēng)速較高的情況下，風(fēng)速一旦超過風(fēng)電機組切出風(fēng)速后會造成風(fēng)機脫網(wǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致爬坡事件，對系統(tǒng)造成嚴(yán)重的有功沖擊，尤其是在我國風(fēng)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(fēng)險。
　　本論文針對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來的有功平衡問題，以風(fēng)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(fēng)電為原則

3、，按照時序遞進(jìn)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(jìn)行了深入的理論研究，包括風(fēng)電場參與系統(tǒng)調(diào)頻控制策略、風(fēng)電場與AGC機組分布式協(xié)同控制、風(fēng)電功率爬坡事件對系統(tǒng)運行風(fēng)險影響評估、應(yīng)對風(fēng)電功率爬坡事件的備用需求分析和預(yù)防控制，主要研究工作及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)針對變速風(fēng)電機組與同步發(fā)電系統(tǒng)弱耦合性導(dǎo)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(fēng)電機組調(diào)頻特性進(jìn)行了分析，并據(jù)此提出了一種風(fēng)電場

4、時序協(xié)同調(diào)頻控制策略。研究了變速風(fēng)電機組附加頻率控制方式，分析了變速風(fēng)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(jié)了風(fēng)電機組調(diào)頻能力隨風(fēng)速的變化規(guī)律，給出了風(fēng)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(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了風(fēng)電場時序協(xié)同調(diào)頻控制策略。依據(jù)該策略，風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機組按照風(fēng)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(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明通過對風(fēng)

5、電機組群調(diào)頻深度進(jìn)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(fēng)電場參與系統(tǒng)調(diào)頻的潛力，又有效降低了風(fēng)電場參與調(diào)頻所帶來的負(fù)面效應(yīng)。
　　(2)針對風(fēng)電預(yù)測精度較低且存在短時劇烈波動，導(dǎo)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(fēng)電場與AGC機組協(xié)同控制模型和算法。風(fēng)電功率隨機波動增大了系統(tǒng)凈負(fù)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(dān)調(diào)節(jié)任務(wù)。為在最大化消納風(fēng)電的同時減少風(fēng)電波動對AGC調(diào)節(jié)裕度的影響，構(gòu)建了一種分鐘級時間尺度下的風(fēng)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(fēng)電并網(wǎng)的分布式增量一致算法，將凈負(fù)荷增量的預(yù)測值在AGC機組與風(fēng)電場之間通過等邊際成本法則進(jìn)行分配，以降低系統(tǒng)運行成本和提高系統(tǒng)風(fēng)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(jìn)行了仿真分析，結(jié)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(fēng)電消納量和降低AGC機組運行成本。
　　(3)隨著風(fēng)電滲透率的不斷增大，風(fēng)電功率爬坡事件對系統(tǒng)有功平衡的影響日益嚴(yán)重，與常規(guī)風(fēng)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(fēng)險高，基于期望效用理論的風(fēng)險評估方法難以將其與常規(guī)風(fēng)電功率波動進(jìn)行有效區(qū)分。針對該問題，依據(jù)調(diào)度風(fēng)險規(guī)避的準(zhǔn)則，基于前景理論的概率修正方法，提出了一種適用于風(fēng)電功率爬坡事件的系統(tǒng)運行風(fēng)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(dǎo)了與之相適應(yīng)的常規(guī)機組時間相關(guān)停運模型，通過對常規(guī)機組可能停運時刻和對應(yīng)的運行狀態(tài)分別進(jìn)行抽樣，考慮了爬坡事件與常規(guī)機組停運之間的時序關(guān)系對評估結(jié)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(fēng)險進(jìn)行評估及對比分析，驗證了模型的有效性。
　　(4)風(fēng)電功率爬坡事件具有明顯的時序特性，其預(yù)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(fēng)電預(yù)測信息存在較大差異，難以

9、直接應(yīng)用于系統(tǒng)備用設(shè)置和預(yù)防控制過程。針對該問題，提出了一種應(yīng)對風(fēng)電功率爬坡事件的備用需求分析方法和預(yù)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(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)化為各時間斷面上爬坡量的概率分布，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合風(fēng)險可接受程度對系統(tǒng)備用需求進(jìn)行了分析;據(jù)此提出了一種應(yīng)對爬坡事件的預(yù)防控制策略，過程中不斷根據(jù)最新的爬坡事件日內(nèi)預(yù)測信息對調(diào)度計劃進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整量包括風(fēng)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