考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法，属于电网规划【技术领域】。本发明首先提出考虑电网调峰裕度及电网传输线路传输功率约束的风电场弃风容量计算方法，并在此基础之上，提出基于蒙特卡洛模拟法的风电场弃风概率及风电场期望弃风容量指标计算方法，最终提出考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法。本发明控制方法可充分考虑电网对风电的接纳能力，从电网调峰裕度及电网传输线路传输容量约束两方面分析风电场弃风机理，以风电场最小弃风为目标对风电场接入电网的位置和容量的进行控制，最终得到的风电场接入方案可以使电网更大限度接纳风电，有效提高新能源利用效率。
【专利说明】考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法，属于 电网规划【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着能源问题和环境问题的日益严峻，世界各国竞相大力发展可再生能源。风力 发电凭借其绿色环保、资源丰富、容易开发、性价比逐步提高等优势得到了世界各国，尤其 是发达国家的广泛重视。风能作为典型的清洁可再生的绿色能源，具有无污染、可持续、间 歇性的特点。利用风力发电代替部分的常规能源发电参与电力系统的调度安排，可以大量 的减少煤炭等化石能源的消耗减少电力生产的成本，同时会大大降低电力行业对于自然环 境的污染。
[0003] 然而，由于风力资源的随机间歇性、电网结构、控制方式以及并网风力发电机在持 续运行过程中受到地形地貌、塔影效应的影响，使得风电场的输出功率存在大量的脉动。当 风电场的容量较小时，其出力的波动特性对电力系统的正常运行不会产生大的影响，但随 着风电场规模和容量的扩大，其出力的波动会给电力系统的运行产生一系列的影响，有时 会严重威胁电网的安全运行。随着风电承担负荷比例不断增加，系统内的峰谷差将成倍增 力口，风电出力的波动性和随机性给电风调度运行带来新的问题，增加了电网调峰、调频的难 度。为了尽量的减弱风电和光伏电力给大电网带来的影响，这就需要系统中备有大量的旋 转备用。
[0004] 以往对机组接入位置、接入容量的研究中，通常以最小发电成本或最高可靠性/ 安全性为优化目标，进行机组与线路的规划建设。随着新能源发电形式的大量接入，由于新 能源发电的波动特性，以及由于网络容量约束造成的限电等问题为电网的规划建设带来新 的问题。
[0005] 因此，在对包含新能源接入电网进行规划设计时，为了保证更大限度接入新能源， 便需要考虑电网对风电的接纳能力，对风电场接入容量、接入位置进行优化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制 方法，能在满足系统调峰裕度及电网传输线路传输容量约束条件下，更大限度接纳风电，提 高新能源利用效率，促进可再生能源在电网中的应用。
[0007] 本发明提出的考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法，包括以 下步骤：
[0008] (1)根据电网的可靠性要求，设定电网的发电备用为，设定电网的高峰负荷 和低谷负荷分别为P tax与Ρωη，从电网规划数据中获取电网自备电源量Pauxili_、电网供热 机组容量P th_al、电网联络线的传输功率计划Ptie和电网中抽水蓄能装机容量P p_，根据上 述参数进行以下计算，得到考虑电网调峰裕度的风电场接纳能力：
[0009] 电网内部机组在负荷高峰时的有功功率Pemax和负荷低谷时的有功功率P emin为：
【权利要求】
1. 一种考虑最小弃风的风电场接入电网的位置和容量的控制方法，其特征在于该方法 包括以下步骤： (1) 根据电网的可靠性要求，设定电网的发电备用为Pmsottc，设定电网的高峰负荷和低 谷负荷分别为Ptax与Ptain，从电网规划数据中获取电网自备电源量Pauxilimy、电网供热机组 容量Pthmial、电网联络线的传输功率计划Ptie和电网中抽水蓄能装机容量Ppufflp，根据上述参 数进行以下计算，得到考虑电网调峰裕度的风电场接纳能力： 电网内部机组在负荷高峰时的有功功率Pemax和负荷低谷时的有功功率Pemin为：
上式中，A1为电网联络线的传输功率调整参数，A1在负荷高峰时的取值为1.0,在负 荷低谷时为〇. 5 ; 电网内部调峰机组在负荷高峰时的实际有功功率€.^aX和负荷低谷时的实际有功功率 产为：
上式中，A2为电网中供热机组在供热期间的有功功率调整参数，有功功率调整参数在 供热期间为〇. 78,在非供热期间为1 ; 电网内部调峰机组的最大有功功率和最小有功功率f:
上式中，A3为电网调峰机组的调峰深度； 得到考虑电网调峰裕度的风电场接纳能力Pwind为：
考虑电网调峰裕度的风电场弃风容量为： 根据风电场接纳能力Pwind，得到考虑电网调峰裕度的风电场弃风容量为：
(2) 当电网传输线路的传输功率大于电网传输线路的额定传输功率时，根据传输线路 的实际与额定传输功率的差值，设定传输线路的传输功率调整量APi^对电网中的风电 容量进行判断，若电网中无风电，则进行步骤（3)，若电网中有风电，则计算风电有功功率
;利用电网的潮流灵敏度矩阵，调整风电的有功功率，得 到考虑电网传输线路容量约束的弃风容量，具体过程如下： (2-1)利用电网直流潮流公式： 9 Btl为以
为电网支路导纳建立的导纳矩阵，Xij为电网中节点i到节点j之间的支 路电抗，9为电网功角， 若电网中的节点k的有功功率的变化值为APk，电网的其它节点的有功功率不变，则 有：
其中，AP为一个单位向量，向量中的第k个元素为APk，向量中的其他元素为0,BcT1 是常数矩阵，并设：
ay为常数矩阵BcT1中第i行第j列个元素，n为电网中的总节点数； (2-2)利用电网直流潮流支路功率计算公式：
其中h是电网传输线路电抗，i和j是传输线路L的起始节点和终止节点序号， 得到传输线路有功功率对节点k的有功功率灵敏度Sut为传输线路有功功率增量APij 与节点k的有功功率增量APk的比值：
式中L是传输线路序号，k是注入功率变化的节点序号，潮流灵敏度矩阵S是常数矩 阵； (2-3)根据电网传输线路有功功率对节点注入功率的灵敏度定义，得到注入节点k的 有功功率调整量大小为：
得到考虑线路传输容量约束的风电场弃风容量为：
其中1为电网传输线路中传输功率大于额定传输功率的越限线路； (3)采用非时序蒙特卡罗模拟方法，计算风电场弃风指标，具体过程如下： (3-1)从风电场历史运行数据中获取风电场有功功率概率分布，从电网历史运行数据 中获取电网内部所有机组的停运概率、电网传输线路的停运概率和电网负荷的时序曲线， 采用非时序蒙特卡罗模拟方法，对电网内部所有机组的有功功率、风电场的有功功率以及 电网传输线路的传输功率进行状态抽样，计算每一状态下风电弃风容量:
(3-2)根据上述每一状态下风电弃风容量，计算风电场弃风指标如下： 风电场弃风概率指标为：
式中Ii的含义为：
风电场期望弃风容量指标为：
(4)考虑风电场最小弃风，对风电场接入电网的位置和容量进行控制，具体过程如下： (4-1)设定风电场的接入容量为Pw，建立一个风电场接入电网位置的目标函数如下：
求解上述目标函数，得到风电场装机容量为Pw时，风电场接入电网的位置r，使得期望 弃风容量E curtail最小； (4-2)在上述确定风电场接入电网的位置r后，建立一个风电场的接入容量目标函数 如下：
式中，LOLP为电网的电力不足概率指标，
式中tm为电网有功功率不能满足负荷状态m的时间，pm为该状态的概率， 求解上述目标函数，得到风电场的接入电网的位置r处的接入容量p。
【文档编号】H02J3/46GK104242355SQ201410483821
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】程林, 刘满君, 王旭, 吴强, 高松, 黄河, 高滨, 田 浩 申请人:清华大学, 江苏省电力公司