大規(guī)模風(fēng)電爬坡預(yù)警與決策研究.pdf

1、隨著全球范圍內(nèi)能源問題和環(huán)境問題的不斷突出，尋求可持續(xù)能源作為新的電源形式變得日益迫切。風(fēng)力發(fā)電作為目前發(fā)展較為成熟、開發(fā)潛力較大的一種可持續(xù)能源發(fā)電類型，近年來得到了迅猛發(fā)展，在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高。但風(fēng)力發(fā)電在具有經(jīng)濟(jì)性和清潔性等特點(diǎn)的同時，風(fēng)電功率固有的波動性和不確定性也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)。特別是在我國，受到風(fēng)能地域分布不均衡等的影響，風(fēng)電開發(fā)具有大規(guī)模高集中度的特點(diǎn)，增大了發(fā)生大規(guī)模風(fēng)電爬坡事件的潛在可

2、能性。風(fēng)電爬坡事件呈現(xiàn)出強(qiáng)波動性和強(qiáng)不確定性的特點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)失去大量電源，嚴(yán)重影響有功功率平衡，對系統(tǒng)備用充裕性和靈活性提出更高要求的同時，也嚴(yán)重影響了現(xiàn)有風(fēng)電控制措施的有效性。因此，為對風(fēng)電爬坡事件對電力系統(tǒng)的不利影響進(jìn)行準(zhǔn)確感知和有效防控，提高電力系統(tǒng)在風(fēng)電爬坡事件過程中運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，針對風(fēng)電爬坡預(yù)警與決策開展研究，具有重要的理論價(jià)值和迫切的現(xiàn)實(shí)意義。
　　風(fēng)電爬坡預(yù)警與決策的目的，是在風(fēng)電爬坡事件發(fā)生之

3、前，根據(jù)爬坡預(yù)測信息，對風(fēng)電爬坡事件可能帶來的危害進(jìn)行分析判斷，為電力系統(tǒng)運(yùn)行人員發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號，并指導(dǎo)運(yùn)行人員制定最優(yōu)的控制決策方案，盡量減小風(fēng)電爬坡事件的危害，提高電力系統(tǒng)在風(fēng)電爬坡過程中的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文在全面總結(jié)現(xiàn)有相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，針對風(fēng)電爬坡事件的強(qiáng)波動性和強(qiáng)不確定性的特征，提出利用概率論、區(qū)間數(shù)學(xué)、信息差距決策理論等理論解決風(fēng)電爬坡事件的風(fēng)險(xiǎn)評估、預(yù)警和協(xié)調(diào)調(diào)度決策問題，并引入場景削減技術(shù)、區(qū)間數(shù)排序等方法

4、提高問題求解效果，通過實(shí)際算例對所提方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了理論研究與工程實(shí)際的兼顧。主要研究工作及取得的創(chuàng)新成果如下:
　　1)提出了一種風(fēng)電爬坡事件對系統(tǒng)運(yùn)行充裕性的影響評估方法。在分析風(fēng)電爬坡事件特征和預(yù)測現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了風(fēng)電爬坡事件模型，根據(jù)風(fēng)電爬坡事件各要素指標(biāo)的預(yù)測值建立風(fēng)電功率曲線;針對風(fēng)電爬坡事件及負(fù)荷預(yù)測的不確定性，引入場景削減方法，生成對應(yīng)時間段的凈負(fù)荷典型場景集，在保證精度的前提下減小計(jì)算量

5、;提出了針對電力系統(tǒng)運(yùn)行充裕性的評估指標(biāo)體系，包括總體充裕度、失負(fù)荷概率和期望及緩沖失負(fù)荷概率指標(biāo)，并推導(dǎo)了緩沖失負(fù)荷概率指標(biāo)的簡化計(jì)算方法;進(jìn)一步根據(jù)各評估指標(biāo)的數(shù)學(xué)和物理含義，劃分充裕、失負(fù)荷和臨界三種系統(tǒng)狀態(tài)，通過計(jì)算各評估指標(biāo)及各狀態(tài)對應(yīng)的概率，反映風(fēng)電爬坡事件對電力系統(tǒng)運(yùn)行充裕性的不利影響，為運(yùn)行人員提供全面、準(zhǔn)確的評估結(jié)果。甘肅電網(wǎng)仿真結(jié)果表明，所提出的指標(biāo)體系能夠從不同方面反映風(fēng)電爬坡事件對電力系統(tǒng)運(yùn)行充裕性的不利影響，為

6、運(yùn)行人員提供全面的評估結(jié)果;所提出的評估方法在滿足精度的前提下，具有計(jì)算簡便、耗時少的特點(diǎn)，能夠滿足在線實(shí)時滾動評估的要求。
　　2)提出了一種風(fēng)電爬坡事件多級區(qū)間預(yù)警方法?？紤]現(xiàn)階段風(fēng)電爬坡事件預(yù)測的數(shù)據(jù)形式，采用區(qū)間數(shù)的形式描述風(fēng)電爬坡事件預(yù)測的不確定性;在允許一定的系統(tǒng)頻率偏差的前提下，分析風(fēng)電爬坡事件強(qiáng)波動性對電力系統(tǒng)有功功率平衡的影響，計(jì)算采用不同的功率控制措施（一次/二次調(diào)頻的自動控制、旋轉(zhuǎn)/非旋轉(zhuǎn)備用的調(diào)度控制和切負(fù)

7、荷的強(qiáng)制控制）滿足功率平衡所對應(yīng)的風(fēng)電爬坡幅度允許區(qū)間;進(jìn)一步以此作為預(yù)警界限，劃分多個預(yù)警等級，并引入?yún)^(qū)間排序方法，計(jì)算風(fēng)電爬坡預(yù)測區(qū)間落在各預(yù)警等級的概率，實(shí)現(xiàn)為運(yùn)行人員提供多級預(yù)警信息的目的。不同情形下的算例仿真分析結(jié)果及與其它方法的比較表明，所提方法能夠針對不同系統(tǒng)、不同時刻給出相應(yīng)的預(yù)警界限及各預(yù)警區(qū)間概率，物理意義明確，且簡便快速，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時滾動預(yù)警，具有有效性和實(shí)用性。
　　3)提出了基于信息差距決策理論魯棒模型的

8、風(fēng)電爬坡事件協(xié)調(diào)調(diào)度決策方法。首先考慮到風(fēng)電爬坡事件的強(qiáng)波動性，僅采用常規(guī)機(jī)組參與調(diào)度可能無法滿足功率平衡的要求，通過分析常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電場及需求側(cè)多個調(diào)度參與方的調(diào)度成本及約束條件，構(gòu)建了追求經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的風(fēng)電爬坡事件協(xié)調(diào)調(diào)度模型;在此基礎(chǔ)上，考慮到風(fēng)電爬坡事件具有強(qiáng)不確定性的特點(diǎn)，引入信息差距決策理論（information gap decision theory, IGDT），分析決策者預(yù)期成本與風(fēng)電功率最大允許不確定性程度之間的定量