考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法，屬于電網規劃【技術領域】。本發明首先提出考慮電網調峰裕度及電網傳輸線路傳輸功率約束的風電場棄風容量計算方法，并在此基礎之上，提出基于蒙特卡洛模擬法的風電場棄風概率及風電場期望棄風容量指標計算方法，最終提出考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法。本發明控制方法可充分考慮電網對風電的接納能力，從電網調峰裕度及電網傳輸線路傳輸容量約束兩方面分析風電場棄風機理，以風電場最小棄風為目標對風電場接入電網的位置和容量的進行控制，最終得到的風電場接入方案可以使電網更大限度接納風電，有效提高新能源利用效率。
【專利說明】考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法，屬于 電網規劃【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 隨著能源問題和環境問題的日益嚴峻，世界各國競相大力發展可再生能源。風力 發電憑借其綠色環保、資源豐富、容易開發、性價比逐步提高等優勢得到了世界各國，尤其 是發達國家的廣泛重視。風能作為典型的清潔可再生的綠色能源，具有無污染、可持續、間 歇性的特點。利用風力發電代替部分的常規能源發電參與電力系統的調度安排，可以大量 的減少煤炭等化石能源的消耗減少電力生產的成本，同時會大大降低電力行業對于自然環 境的污染。
[0003] 然而，由于風力資源的隨機間歇性、電網結構、控制方式以及并網風力發電機在持 續運行過程中受到地形地貌、塔影效應的影響，使得風電場的輸出功率存在大量的脈動。當 風電場的容量較小時，其出力的波動特性對電力系統的正常運行不會產生大的影響，但隨 著風電場規模和容量的擴大，其出力的波動會給電力系統的運行產生一系列的影響，有時 會嚴重威脅電網的安全運行。隨著風電承擔負荷比例不斷增加，系統內的峰谷差將成倍增 力口，風電出力的波動性和隨機性給電風調度運行帶來新的問題，增加了電網調峰、調頻的難 度。為了盡量的減弱風電和光伏電力給大電網帶來的影響，這就需要系統中備有大量的旋 轉備用。
[0004] 以往對機組接入位置、接入容量的研究中，通常以最小發電成本或最高可靠性/ 安全性為優化目標，進行機組與線路的規劃建設。隨著新能源發電形式的大量接入，由于新 能源發電的波動特性，以及由于網絡容量約束造成的限電等問題為電網的規劃建設帶來新 的問題。
[0005] 因此，在對包含新能源接入電網進行規劃設計時，為了保證更大限度接入新能源， 便需要考慮電網對風電的接納能力，對風電場接入容量、接入位置進行優化。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提出一種考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制 方法，能在滿足系統調峰裕度及電網傳輸線路傳輸容量約束條件下，更大限度接納風電，提 高新能源利用效率，促進可再生能源在電網中的應用。
[0007] 本發明提出的考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法，包括以 下步驟：
[0008] (1)根據電網的可靠性要求，設定電網的發電備用為，設定電網的高峰負荷 和低谷負荷分別為P tax與Ρωη，從電網規劃數據中獲取電網自備電源量Pauxili_、電網供熱 機組容量P th_al、電網聯絡線的傳輸功率計劃Ptie和電網中抽水蓄能裝機容量P p_，根據上 述參數進行以下計算，得到考慮電網調峰裕度的風電場接納能力：
[0009] 電網內部機組在負荷高峰時的有功功率Pemax和負荷低谷時的有功功率P emin為：
【權利要求】
1. 一種考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法，其特征在于該方法 包括以下步驟： (1) 根據電網的可靠性要求，設定電網的發電備用為Pmsottc，設定電網的高峰負荷和低 谷負荷分別為Ptax與Ptain，從電網規劃數據中獲取電網自備電源量Pauxilimy、電網供熱機組 容量Pthmial、電網聯絡線的傳輸功率計劃Ptie和電網中抽水蓄能裝機容量Ppufflp，根據上述參 數進行以下計算，得到考慮電網調峰裕度的風電場接納能力： 電網內部機組在負荷高峰時的有功功率Pemax和負荷低谷時的有功功率Pemin為：
上式中，A1為電網聯絡線的傳輸功率調整參數，A1在負荷高峰時的取值為1.0,在負 荷低谷時為〇. 5 ; 電網內部調峰機組在負荷高峰時的實際有功功率€.^aX和負荷低谷時的實際有功功率 產為：
上式中，A2為電網中供熱機組在供熱期間的有功功率調整參數，有功功率調整參數在 供熱期間為〇. 78,在非供熱期間為1 ; 電網內部調峰機組的最大有功功率和最小有功功率f:
上式中，A3為電網調峰機組的調峰深度； 得到考慮電網調峰裕度的風電場接納能力Pwind為：
考慮電網調峰裕度的風電場棄風容量為： 根據風電場接納能力Pwind，得到考慮電網調峰裕度的風電場棄風容量為：
(2) 當電網傳輸線路的傳輸功率大于電網傳輸線路的額定傳輸功率時，根據傳輸線路 的實際與額定傳輸功率的差值，設定傳輸線路的傳輸功率調整量APi^對電網中的風電 容量進行判斷，若電網中無風電，則進行步驟（3)，若電網中有風電，則計算風電有功功率
;利用電網的潮流靈敏度矩陣，調整風電的有功功率，得 到考慮電網傳輸線路容量約束的棄風容量，具體過程如下： (2-1)利用電網直流潮流公式： 9 Btl為以
為電網支路導納建立的導納矩陣，Xij為電網中節點i到節點j之間的支 路電抗，9為電網功角， 若電網中的節點k的有功功率的變化值為APk，電網的其它節點的有功功率不變，則 有：
其中，AP為一個單位向量，向量中的第k個元素為APk，向量中的其他元素為0,BcT1 是常數矩陣，并設：
ay為常數矩陣BcT1中第i行第j列個元素，n為電網中的總節點數； (2-2)利用電網直流潮流支路功率計算公式：
其中h是電網傳輸線路電抗，i和j是傳輸線路L的起始節點和終止節點序號， 得到傳輸線路有功功率對節點k的有功功率靈敏度Sut為傳輸線路有功功率增量APij 與節點k的有功功率增量APk的比值：
式中L是傳輸線路序號，k是注入功率變化的節點序號，潮流靈敏度矩陣S是常數矩 陣； (2-3)根據電網傳輸線路有功功率對節點注入功率的靈敏度定義，得到注入節點k的 有功功率調整量大小為：
得到考慮線路傳輸容量約束的風電場棄風容量為：
其中1為電網傳輸線路中傳輸功率大于額定傳輸功率的越限線路； (3)采用非時序蒙特卡羅模擬方法，計算風電場棄風指標，具體過程如下： (3-1)從風電場歷史運行數據中獲取風電場有功功率概率分布，從電網歷史運行數據 中獲取電網內部所有機組的停運概率、電網傳輸線路的停運概率和電網負荷的時序曲線， 采用非時序蒙特卡羅模擬方法，對電網內部所有機組的有功功率、風電場的有功功率以及 電網傳輸線路的傳輸功率進行狀態抽樣，計算每一狀態下風電棄風容量:
(3-2)根據上述每一狀態下風電棄風容量，計算風電場棄風指標如下： 風電場棄風概率指標為：
式中Ii的含義為：
風電場期望棄風容量指標為：
(4)考慮風電場最小棄風，對風電場接入電網的位置和容量進行控制，具體過程如下： (4-1)設定風電場的接入容量為Pw，建立一個風電場接入電網位置的目標函數如下：
求解上述目標函數，得到風電場裝機容量為Pw時，風電場接入電網的位置r，使得期望 棄風容量E curtail最小； (4-2)在上述確定風電場接入電網的位置r后，建立一個風電場的接入容量目標函數 如下：
式中，LOLP為電網的電力不足概率指標，
式中tm為電網有功功率不能滿足負荷狀態m的時間，pm為該狀態的概率， 求解上述目標函數，得到風電場的接入電網的位置r處的接入容量p。
【文檔編號】H02J3/46GK104242355SQ201410483821
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】程林, 劉滿君, 王旭, 吳強, 高松, 黃河, 高濱, 田 浩 申請人:清華大學, 江蘇省電力公司