高風電滲透率電網(wǎng)風速特性與多源協(xié)調(diào)策略研究.pdf

1、風電作為一種大規(guī)模應(yīng)用的清潔可再生能源,對保障全社會節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展起著極為重要的作用。然而,大規(guī)模風電并網(wǎng)后,風電的間歇性與弱可控性使得電網(wǎng)各時間級的安全運行均受到了不同程度的影響。為降低不良影響,一方面要從自然風速的本體特性出發(fā),有針對性地研究自然風速與風電變化的規(guī)律,另一方面還要探索在電網(wǎng)調(diào)度資源與調(diào)控措施有限的情況下,如何接納大規(guī)模風電并網(wǎng)的理論與方法。本文從這兩個方面入手,對風速統(tǒng)計特征及電網(wǎng)不同類型調(diào)度資源與調(diào)控手段間的

2、相互協(xié)調(diào)問題進行深入研究,其成果將有助于為解決大規(guī)模風電并網(wǎng)問題提供理論和技術(shù)支持。
　　風速概率分布特性是描述風電場功率輸出特性的重要基礎(chǔ)信息。為適應(yīng)風電場與電網(wǎng)運行的周期性變化特征,在傳統(tǒng)以年為統(tǒng)計時間窗口的基礎(chǔ)上,本文深入研究了短時窗條件下的風速概率密度分布統(tǒng)計特性,發(fā)現(xiàn)其具有多峰特點,進而利用似然估計方法,構(gòu)造出短時窗風速的混合多峰威布爾分布模型。為服務(wù)于規(guī)劃研究需要,根據(jù)混合多峰威布爾分布模型的特點,本文提出了一種考慮統(tǒng)

3、計與互相關(guān)特性的風速時間序列模擬生成方法。由該方法生成的模擬風速數(shù)據(jù)較好地滿足各風電場歷史風速的概率密度分布、風速波動統(tǒng)計直方圖與歷史風速時間序列的互相關(guān)系數(shù),具有兼顧各風電場自身和相互之間統(tǒng)計規(guī)律的特性。
　　由于采用確定性預(yù)測模型對風速和風電功率進行預(yù)測,無法傳遞結(jié)果的概率可信程度,不適應(yīng)運行風險分析與調(diào)控應(yīng)用的需要。為此,本文建立了以當前時段實測風速和下一時段預(yù)報風速為聯(lián)合條件的離散預(yù)報誤差概率分布(ForecastErro

4、rProbabilityDistribution,FEPD)模型,并以該模型對未來時段的預(yù)報誤差概率分布進行預(yù)測。具體過程首先由歷史統(tǒng)計結(jié)果確定修正因子,利用風速波動概率分布(DisturbanceProbabilityDistribution,DPD)特征對預(yù)報誤差概率分布進行偏度修正,再將修正后的預(yù)報誤差概率分布與由確定性預(yù)測算法得到的結(jié)果相結(jié)合,從而得到風速概率性預(yù)測結(jié)果。這為實時確定電網(wǎng)針對風電預(yù)報誤差所需安排的備用容量,提供了

5、理論支持。
　　在風速數(shù)據(jù)模擬生成方法的支持下,本文對我國多火多風但少水的北方地區(qū)具有應(yīng)用前景的大規(guī)模壓縮空氣儲能(CompressedAirEnergyStorage,CAES)電站規(guī)劃問題進行了研究。首先從CAES電站在電網(wǎng)高峰時段提供攀峰支持、儲釋能狀態(tài)對電網(wǎng)潮流模式影響、投入與退出運行時對電網(wǎng)沖擊入手,得到CAES電站的額定功率約束;再根據(jù)CAES電站在負荷低谷期的儲能特點,對原電網(wǎng)過剩風電通過統(tǒng)計方法進行量化和極大似然擬

6、合,得到待消納風電與CAES電站額定功率的數(shù)學描述,從而確定因CAES電站投運后而產(chǎn)生的風電滲透率提高效益、常規(guī)儲能效益及投資運行費用與CAES電站額定功率的函數(shù)關(guān)系,并得到一定約束下的CAES電站經(jīng)濟效益優(yōu)化模型,為北方多風缺水地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟合理規(guī)劃儲能設(shè)施提供了理論支持。
　　在上述研究基礎(chǔ)上,為進一步解決大規(guī)模風電接入與節(jié)能減排政策深化帶來的電網(wǎng)日發(fā)電計劃編制與負荷高峰期調(diào)峰與調(diào)頻難題,本文從日調(diào)度與負荷高峰期實時調(diào)度兩個方面

7、研究了電網(wǎng)多源協(xié)調(diào)策略。在日發(fā)電計劃方面,為緩解風電帶給日調(diào)度計劃編制的負面影響,本文首先提出了一種在低谷期風電大發(fā)時可平衡火電機組啟停機損失的輪流啟停機制度,詳細分析了低谷期時段可能出現(xiàn)的深度調(diào)峰以及棄風問題。同時,本文還分析了CAES電站與可中斷負荷對緩解深度調(diào)峰及彌補高峰期系統(tǒng)正備用需求不足的作用,并結(jié)合我國初期電力市場特點與風電場群棄風分配出現(xiàn)的問題,將火電機組合同電能約束、總棄風電量在風電場群間分配約束、以及其它調(diào)控約束納入日

8、計劃模型。根據(jù)該模型制定的發(fā)電計劃顯著提高了高風電滲透率電網(wǎng)的綜合效益。
　　在高峰期調(diào)峰與調(diào)頻方面,本文提出了一種高峰運行時段非自動發(fā)電控制(Non-AutomaticGenerationControl,Non-AGC)機組、按期望運行點調(diào)整(BaseLoadOff-Regulated,BLO)型AGC和按區(qū)域控制偏差(AreaControlError,ACE)自動調(diào)節(jié)(BaseLoadRegulated,BLR)型AGC三類機

9、組的協(xié)調(diào)控制策略。首先根據(jù)BLO和BLR型AGC機組在每個預(yù)調(diào)度時段末期機組總體調(diào)節(jié)容量情況,判斷是否啟動控制策略;若策略啟動后,BLR型AGC機組根據(jù)負荷與風電功率預(yù)報偏差概率分布信息,整定其在下一個在線調(diào)度時段的基點功率值,使其具有概率意義上合理的有偏調(diào)節(jié)能力;Non-AGC機組一般按經(jīng)濟計劃點運行,在BLO-AGC機組正備用匱乏,或系統(tǒng)頻率出現(xiàn)較大偏差時適度調(diào)整Non-AGC機組的出力,以增補BLO-AGC機組的正備用;BLO-A