專利名稱：風火統一建模參與ace控制方法
技術領域：
本發明屬電力系統有功控制領域，涉及一種適應于大規模風電并網后風火統一建模參與ACE控制方法。
背景技術：
風力發電是目前除水電外，技術最成熟、經濟效益最好的一種可再生能源發電方式。大規模風電的并網運行后，風電的隨機性、波動性和間歇性的特點對電網安全穩定運行的影響逐漸顯現。隨著國內多個千萬千瓦級風電基地的開工建設，電網在保證安全穩定運行及保證有功控制性能的前提下全部消納風電的難度逐漸增大，同時對電網調度和有功控制也提出了更高的要求。根據國家新能源政策的要求，風電并網后電網采取優先調度和全額收購的方式來接納風電資源。大規模風電并網后，風電爬坡和下坡速率過快，“反調峰”、間歇特性大大增加了電網對常規能源調節備用容量需求，提高了調節資源性能要求，降低了電網運行經濟性。從當前已并網風電的有功控制情況看，盡管很多風電場具備接受遠方控制的能力，但出于風電有功控制經驗缺乏及風電資源最大化利用等原因，風電有功控制尚處于跟蹤日前計劃的階段，風電場日前計劃受風功率預測精度及全網系統負荷預測結果影響，風電有功控制較為粗獷，風電資源利用效果不佳。因此，為了充分實現風電資源最大化利用，就必須摒棄現有的計劃值控制模式，將風電場引入常規AGC控制，進行風電與常規能源的一體化及區別控制，實現風電與常規能源的統一控制。電力系統中針對風電接入的有功控制技術目前有如下方法
文獻一《大量風電引入電網時的頻率控制特性》(電力系統自動化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上，采用所開發的電力擾動裝置對不同轉矩特性的異步電動機的頻率特性進行了測試。基于加權綜合的思路建立了包含異步電動機的綜合負荷的頻率特性模型，同時分析了風力發電的出力特性。通過對一個包含風力發電的電網進行分析，論證了考慮負荷頻率特性以后，在同樣電網調頻能力的情況下，頻率波動的偏差會變小。文獻二《雙饋變速風電機組頻率控制的仿真研究》(電力系統自動化2007年第31 卷第7期第61頁)以雙饋變速風電機組模型為基礎，根據雙饋變速風電機組控制特點和控制過程，在電力系統仿真軟件中增加了頻率控制環節，在系統頻率變化時，雙饋變速風電機組通過釋放或者吸收轉子中的一部分動能，相應增加或者減少有功出力，實現了風電機組的頻率控制。仿真結果證明了頻率控制環節的有效性和實用性，并證明了通過增加附加頻率控制環節，風電場能夠在一定程度上參與系統頻率調整。上述文獻分別從風電機組和風電場模型及特性、電參與電網一、二次頻率控制技術等不同層面披露了風電接入后的有功調度技術，但并未涉及大規模風電接入與常規能源協調控制策略與控制方法。文獻三《一種計及電網安全約束的風電優化調度方法》(電力系統自動化2010年第34卷第15期第71頁)提出了一種根據風電功率預測、電網負荷預測和省間聯絡線計劃， 計及電網安全穩定等約束條件，制定風電場出力計劃的優化調度方法。文章提出的方法主要為網省調度機構協調優化安排常規能源機組，預留風電出力空間保證風電場有功出力在安全區域內穩定運行，為電網最大程度的接納風電創造條件。文獻三提出的風電優化調度方法，通過合理安排日前計劃做到系統運行經濟性和風電最大程度接入的平衡，并通過風電場跟蹤安全區域曲線保證風電接入后電網安全穩定運行。從網省調資源協調，資源調用方式優化以及電網安全角度等不同層面披露了風電接入后的電網和風電場的有功功率控制技術，但是并未從實時控制和AGC角度分析風電與常規能源協調對風電場有功功率控制技術進行論述。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)提出了將風電實際發電功率與計劃發電功率偏差引入 AG C控制，從電力市場角度分析風電接入與系統控制問題。文獻四主要從電力市場角度分析風電實際出力與計劃出力的偏差平衡問題，當風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自動調用其他能源滿足功率偏差需求，實現風電資源的消納、功率平衡及頻率穩定。文獻四討論的問題局限于風電場實際出力與計劃出力偏差，主要觀點為討論風電場計劃完成問題，并未研究在大規模風電場接入后對電網安全穩定產生影響時風電消納問題。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)分析了大規模風電場的功率特性，提出了大規模風電場接入電網的彈性調度方法，通過仿真和對比分析研究，文獻五認為風電場應該根據超短期負荷預報的結果預留一部分調節容量以應對頻率一次和二次調整， 以減少風電場功率波動，提高電網運行穩定性和經濟性。文獻五從風電場預留調節容量角度分析減小大規模風電接入后風電間歇性對電網產生的不利影響，但要求風電場根據超短期負荷預報結果預留一部分調節容量有悖于當前新能源發展政策中盡量消納風電資源的基本要求。與本發明從風電與常規能源協調角度實現盡量消納風電的策略有較大的不同。
發明內容
本發明的目的是
1、針對當前風電控制多采用跟蹤計劃的運行模式，提出了常規能源機組與風電場的統一建模，實行風電與常規機組共同參與AGC控制，實現風電實時參與ACE (區域控制偏差， Area Control Error)調節。2、針對風電資源最大化利用的基本要求，提出了常規能源機組與風電場的協調配合，優化資源調用的方式，實現電網安全穩定與風電資源充分利用的雙重目標。為了實現上述目的，本發明是采取以下的技術方案來實現的 大規模風電并網后風火統一建模參與ACE控制方法，包括下列步驟1)在互聯電網系統中建立一個主控制區域，實施互聯電網的常規區域控制，主控制區域的控制目標為維持電網的頻率在控制范圍內，或為維持本控制區域與其他相鄰控制區域交換功率為給定計劃值，或上述兩個控制目標同時滿足。2)系統中的主控制區域模型中具有足夠多的遠方可控常規能源機組，在負荷高峰、低谷段都具備一定的上下調節備用；
3)在主控制區域AGC模型中建立風電場控制對象模型，風電場控制對象具備與常規機組類似的屬性和設置參數，包括控制模式，調節范圍，裝機容量，分擔因子，命令死區，最大命令，遠方可控信號，增減閉鎖信號，遙測調節上下限。4)風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，風電場控制對象的控制模式可以自由設置。其中，自動模式下風電場控制對象的控制目標位控制區域ACE，計劃跟蹤模式下風電場控制對象的控制目標為風電場的發電計劃，給定功率模式下的風電場控制目標位人工給定值。5)在建立完常規機組模型和風電場控制模型后，按照發電類型的不同，將常規火電機組和風電場控制對象分成兩組，組與組之間和組內可以設置不同的優先級策略，實現組內調節需求的優化分配。6)在完成控制區域模型、常規機組模型、風電場控制模型的建立和常規機組與風電場控制對象分組控制后，設置控制區域風電總體控制策略，可以為實時ACE調節或風電最大能力消納。7)控制區域風電總體控制策略為實時ACE時，風電控制組與常規能源控制組之間采用優先級控制，加出力時風電控制組優先，減出力時常規能源組優先。8)控制區域風電總體控制策略為最大能力風電消納時，正常控制時風電控制組處于最大出力狀態，所有風電場的控制目標為風電場的調節上限。9)當負荷特殊時段或電網處于特殊運行方式下，控制區域風電總體策略為風電最大能力消納，主控制區調節備用不足以保證電網安全穩定運行時，AGC自動對模型內部風電場進行限功率。當ACE為正時，AGC可以根據預設的分擔因子將ACE分配給常規機組和所有可控風電場，對各個風電場之間的ACE分配，AGC可以自動的根據預先設置的排序原則將分配到的調節需求再次分配到各個風電場，實現調節需求的快速最優分配。當ACE為負時， 優先增加風電場出力，在風電場出力均達到調節上限后，再將ACE分配到常規機組。
具體實施例方式在本發明中，披露了一種風電場與常規能源統一建模和共同參與ACE控制方法。 在建立控制區域AGC模型時，同時包含了常規能源機組和風電場控制對象，風電場控制對象按常規機組類似參數建模，使風電場具備了類似常規機組的控制特性，又將常規火電機組和風電場控制對象設置為不同的組別，使得風電場控制對象與常規機組不同的特性在 AGC中得到體現。在建立完常規機組模型和風電場控制模型后，按照發電類型的不同，將常規火電機組和風電場控制對象分成兩組，組與組之間和組內可以設置不同的優先級或比例分擔策略，實現組內調節需求的優化分配。正常控制時，主控制區域將ACE按照不同類型控制組組間分配策略和控制組內分配策略分配到常規機組和風電場控制對象。在本發明中，披露了一種面向風電資源最大利用的風電場與常規電源一體化協調控制方法。在AGC自動控制時，如果主控制區域調節備用足夠，AGC自動將所有風電場出力狀態設為風電最大出力狀態。自動調節模式風電場控制對象的控制目標設為風電場調節上限，跟蹤計劃模式風電場的計劃值設為風電場調節上限。當負荷特殊時段或電網處于特殊運行方式下，主控制區調節備用不足以保證電網安全穩定運行時，AGC自動對模型內部風電場進行限功率。當ACE處于為正時，AGC根據預設的分擔因子將ACE分配給常規機組和所有可控風電場，對各個風電場之間的ACE分配，AGC可以自動的根據預先設置的排序原則將分配到的調節需求再次分配到各個風電場，實現調節需求的快速最優分配。當ACE為負時， 優先增加風電場出力，在風電場出力均達到調節上限時，再將ACE分配到常規機組。通過考慮控制區調節備用與ACE調節方向對風電場控制對象進行區別控制，最終實現風電場與常規電源的一體化協調控制。 本發明按照優選實施例進行了說明，應當理解，但上述實施例不以任何形式限定本發明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.風火統一建模參與ACE控制方法，其特征在于，包括下列步驟1)在互聯電網系統中建立一個主控制區域，實施互聯電網的常規區域控制，主控制區域的控制目標為維持電網的頻率在控制范圍內，或為維持本控制區域與其他相鄰控制區域交換功率為給定計劃值，或上述兩個控制目標同時滿足；2)系統中的主控制區域模型中具有遠方可控常規火電機組，在負荷高峰、低谷段都具備上下調節備用；3)在主控制區域AGC模型中建立風電場控制對象模型，風電場控制對象具備與常規火電機組同樣的屬性和設置參數，包括控制模式、調節范圍、裝機容量、分擔因子、命令死區、 最大命令、遠方可控信號、增減閉鎖信號和遙測調節上下限；4)風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，風電場控制對象的控制模式可以自由設置，其中，自動模式下風電場控制對象的控制目標位控制區域 ACE，計劃跟蹤模式下風電場控制對象的控制目標為風電場的發電計劃，給定功率模式下的風電場控制目標位人工給定值；5)在建立完常規火電機組模型和風電場控制模型后，按照發電類型的不同，將常規火電機組和風電場控制對象分成常規火電機組控制組和風電場控制對象組，組與組之間和組內設置不同的優先級策略，實現組內調節需求的優化分配；6)在完成控制區域模型、常規機組模型、風電場控制模型的建立和常規機組與風電場控制對象分組控制后，設置控制區域風電總體控制策略，控制區域風電總體控制策略為實時ACE調節或風電最大能力消納；7)控制區域風電總體控制策略為實時ACE時，風電控制組與常規火電控制組之間采用優先級控制，加出力時風電控制組優先，減出力時常規火電組優先；8)控制區域風電總體控制策略為最大能力風電消納時，正常控制時風電控制組處于最大出力狀態，所有風電場的控制目標為風電場的調節上限；9)當負荷特殊時段或電網處于特殊運行方式下，控制區域風電總體策略為最大能力風電消納，主控制區調節備用不足以保證電網安全穩定運行時，AGC自動對模型內部風電場進行限功率。
2.根據權利1要求所述的風火統一建模參與ACE控制方法，其特征在于在所述步驟 5)中，正常控制時，主控制區域將ACE按照不同類型控制組組間分配策略和控制組內分配策略分配到常規火電機組和風電場控制對象。
3.根據權利1要求所述的風火統一建模參與ACE控制方法，其特征在于在所述步驟 9)中，當ACE為正時，AGC根據預設的分擔因子將ACE分配給常規機組和所有可控風電場，對各個風電場之間的ACE分配，AGC自動根據預先設置的排序原則將分配到的調節需求再次分配到各個風電場，實現調節需求的快速最優分配；當ACE為負時，優先增加風電場出力， 在風電場出力均達到調節上限后，再將ACE分配到常規機組。
全文摘要
本發明公開了一種風火統一建模參與ACE控制方法。在建立控制區域AGC模型時，包含常規火電機組和風電場控制對象，風電場控制對象按照常規火電機組特性類似建模，并按照發電類型的不同將風電場和火電機組分為不同的控制組，組間和組內均可設計不同的排序策略，實現風電場與常規機組共同參與ACE調節。本發明通過考慮控制區調節備用與ACE調節方向對風電場控制對象進行區別控制，最終實現風電場與火電機組的一體化協調控制。
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 優先權日2011年12月26日
發明者劉軍, 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:華北電網有限公司, 國電南瑞科技股份有限公司