CN103236719A - 风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统安全防御技术领域中的一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法。包括：正向或者逆向调整风电和火电的出力；分别计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标；根据调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标计算风电/火电付出值；当风电/火电付出值大于设定阈值，则逆向/正向调整风电和火电的出力；当风电/火电付出值小于设定阈值，则正向/逆向调整风电和火电的出力。本发明提供的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，确保了风电和火电的合理出力，保障了电网的正常运行。

Description

风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法

技术领域

本发明属于电力系统安全防御技术领域，尤其涉及一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法。

背景技术

由于我国风资源分布的特点和电网的发展现状，我国风能资源丰富的“三北”地区呈现出了大规模集中开发的特征，且风电场通常位于电力系统的末端，当地负荷较低，电网薄弱，风电无法全部就地消纳，需要远距离外送。但是由于风电功率的随机性与波动性，导致风电外送时较为困难控制，此外，风电年利用小时数低，单独远距离传输的经济性很差，风电输送功率的大幅波动频繁等，这些问题都严重影响了电力系统的安全稳定运行。

考虑到风能资源丰富的地区同时也是煤炭资源较丰富的地区，若采取风电、火电“打捆”外送，利用风电、火电进行协调控制，不但可以保证“打捆”外送断面不超过稳定限额，减小线路功率波动的同时优先利用风能资源，充分利用输电通道，同时也提高了系统的备用容量。这样不仅有利于系统的安全稳定性，而且也明显降低受端电网的供电成本。

目前风火“打捆”协调外送在我国已得到了广泛的应用，“打捆”控制策略也做有大量研究，其研究目的都主要集中在风火“打捆”协调外送过程中优化火电机组发电计划、减小线路波动功率、提高风电消纳能力、解决风电接入后电网热备用容量减小问题及优化风火结构比例等方面，而在风火协调优化控制方面缺乏研究。

发明内容

本发明的目的在于。提供一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，用于解决风电和火电并网供电存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，其特征在于所述方法包括：

步骤1：正向调整风电和火电的出力，或者逆向调整风电和火电的出力；

所述正向调整风电和火电的出力具体为降低火电出力，提高风电出力；

所述逆向调整风电和火电的出力具体为降低风电出力，提高火电出力；

步骤2：分别计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U；

步骤3：根据调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值；

步骤4：如果风电/火电付出值大于设定阈值，则逆向/正向调整风电和火电的出力；如果风电/火电付出值小于设定阈值，则正向/逆向调整风电和火电的出力。

所述步骤4之后还包括调整风电和火电的出力后，确定风电和火电的出力。

所述计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl采用公式

其中，γ为关键断面集合，P_i-1和P_i-0分别为正向/逆向调整风电和火电的出力前后的第i个断面的稳定极限,1≤i≤k，k为关键断面集合中的元素个数。

所述计算调整风电和火电的出力后的元件负载程度指标λ_L采用公式

其中，α是系统元件集合，即330kV及以上电压等级的输电线路和变压器的集合，ρ_l是系统元件l的权重因子，S_l是输电线路l的功率，

为输电线路l的功率上限值，n为防止计算时出现遮蔽现象的参数。

所述计算调整风电和火电的出力后的母线电压越限指标λ_U采用公式

其中，β是母线集合，ρ_i是第i条母线的权重因子，U_i是第i条母线的电压幅值， $U_i^{\mathrm{SP}}=(U_i^H+U_i^L)/2,$ ${\mathrm{\ΔU}}_i^{\lim }=(U_i^H-U_i^L)/2,$ 和分别为第i条母线的电压幅值上限值和下限值，n为防止计算时出现遮蔽现象的参数。

所述根据电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值采用公式λ＝ω₁·λ_sl+ω₂·λ_L+ω₃·λ_U；其中，ω₁、ω₂及ω₃为电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标的设定权重系数，且 $\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i=1.$

本发明提供的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，确保了风电和火电的合理出力，保障了电网的正常运行。

附图说明

图1是风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法流程图；

图2是实施例提供的电网接线图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

图1是风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法流程图。如图1所示，本发明提出的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法包括：

步骤1：正向调整风电和火电的出力，或者逆向调整风电和火电的出力。正向调整风电和火电的出力具体为降低火电出力，提高风电出力。逆向调整风电和火电的出力具体为降低风电出力，提高火电出力。

步骤2：分别计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U。

计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl采用公式

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Sl}}=\underset{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}\left(\frac{P_{i-1}}{P_{i-0}}\right)---\left(1\right)$

其中，γ为关键断面集合。关键断面集合可以根据各省电力公司《年度运行方式》中定义的省际间断面和省内各重要断面确定。P_i-1和P_i-0分别为正向/逆向调整风电和火电的出力前后的第i个断面的稳定极限,1≤i≤k，k为关键断面集合中的元素个数。采用电力系统分析综合程序(PSASP)进行离线计算可得调整风电和火电的出力前后关键断面的稳定极限P_i-1和P_i-0的值。

计算调整风电和火电的出力后的元件负载程度指标λ_L采用公式

${\mathrm{\λ}}_L=\underset{l\∈\mathrm{\α}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_l{(S_l/S_l^{\max })}^{2n}---\left(2\right)$

其中，α是系统元件集合，即330kV及以上电压等级的输电线路和变压器的集合。ρ_l是系统元件l的权重因子，其值的大小取其负载率的值。S_l是输电线路l的功率，可通过电力公司调度中心的能量管理系统(EMS)直接获取数据，离线计算时可通过电力系统分析综合程序(PSASP)进行潮流计算获得任一输电线路的功率。

为输电线路l的功率上限值。输电线路l的功率上限S_lmax为该输电线路元件的额定输送功率。线路的功率上限S_lmax计算方法公式为：其中U₀为该线路所处电压等级的额定电压，I₀为该线路的额定输送电流，

为功率因数，一般取0.95。变压器的功率上限S_lmax为其铭牌值。n为防止计算时出现遮蔽现象的参数，取1就可避免遮蔽现象发生，同时又满足计算速度的要求，对越限程度差异性的描述也很贴切。

计算调整风电和火电的出力后的母线电压越限指标λ_U采用公式

${\mathrm{\λ}}_U=\underset{\mathrm{\β}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_i{\left(\frac{U_i-U_i^{\mathrm{SP}}}{{\mathrm{\ΔU}}_i^{\lim }}\right)}^{2n}---\left(3\right)$

其中，β是母线集合，即330kV及以上电压等级的输电线路集合。ρ_i是第i条母线的权重因子，其值为该母线的负载率的值。U_i是第i条母线的电压幅值，可通过能量管理系统(EMS)直接获取数据，离线计算时可通过电力系统分析综合程序(PSASP)进行潮流计算获得任一母线节点的电压值。

和

分别为第i条母线的电压幅值上限值和下限值，一般地，根据国家电网公司安全稳定导则规定，母线电压幅值上限为该电压等级额定电压的1.1倍，下线为其额定电压值。n为防止计算时出现遮蔽现象的参数，取1就可避免遮蔽现象发生，同时又满足计算速度的要求。

步骤3：根据调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值。

根据电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值采用公式

λ＝ω₁·λ_sl+ω₂·λ_L+ω₃·λ_U    （4）

其中，ω₁、ω₂及ω₃为电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标的设定权重系数，且

权重系数ω₁、ω₂及ω₃根据电网的实际情况确定，一般为设定值。

步骤4：如果风电/火电付出值大于设定阈值，则逆向/正向调整风电和火电的出力；如果风电/火电付出值小于设定阈值，则正向/逆向调整风电和火电的出力。

在步骤4调整风电和火电的出力后，可以通过能量管理系统(EMS)确定风电和火电的出力，这一结果即为风电打捆控制后的风电和火电的输出功率。

实施例2

下面以2012年甘肃河西地区电网作为本发明的一个实施例，对本发明的发明内容做进一步说明。

甘肃河西地区电网接线图如图2所示。2012年甘肃电网风电总装机容量为6915.1兆瓦，火电总装机容量为4500兆瓦。甘肃2012年10月风电出力计划为2800MW，即风电出力的最大值。

确定甘肃河西电网关键断面为750kV敦煌-酒泉双回线断面、750kV酒泉-河西双回线断面及750kV河西-武胜双回线断面，根据《甘肃电网2012年运行方式》各断面暂态稳定极限如表1所示。

关键断面	暂态稳定极限（MW）
		750kV敦煌-酒泉双回线断面	3400
750kV酒泉-河西双回线断面	3400
		750kV河西-武胜双回线断面	3500

表1：关键断面暂态稳定极限表

根据甘肃河西地区电网的线路及变压器额定容量、各750/330kV变电站母线电压运行要求，计算调整风电和火电的出力后的风电付出值，其中，电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标的权重系数分别为：0.4、0.3、0.3。得到风电付出值λ₀=21.48。

风电调控措施每次200MW，火电调控措施每次100MW。在边界条件新疆外送1000MW时，河西地区风火打捆协调优化控制过程如表2所示。逆向调整考虑河西地区电压调控措施，主要为SVC、SVG等动态无功补偿装置的动作、固定电容电抗器的动作及风火电源的功率因数控制。

表2：河西地区风火打捆协调优化控制博弈过程

由表2可知，优化控制后风电出力2500MW，火电出力1900MW。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，其特征在于所述方法包括：

步骤1：正向调整风电和火电的出力，或者逆向调整风电和火电的出力；

所述正向调整风电和火电的出力具体为降低火电出力，提高风电出力；

所述逆向调整风电和火电的出力具体为降低风电出力，提高火电出力；

步骤2：分别计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U；

步骤3：根据调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值；

步骤4：如果风电/火电付出值大于设定阈值，则逆向/正向调整风电和火电的出力；如果风电/火电付出值小于设定阈值，则正向/逆向调整风电和火电的出力。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述步骤4之后还包括调整风电和火电的出力后，确定风电和火电的出力。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电和火电的出力后的电网暂态稳定裕度λ_Sl采用公式

其中，γ为关键断面集合，P_i-1和P_i-0分别为正向/逆向调整风电和火电的出力前后的第i个断面的稳定极限,1≤i≤k，k为关键断面集合中的元素个数。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电和火电的出力后的元件负载程度指标λ_L采用公式

其中，α是系统元件集合，即330kV及以上电压等级的输电线路和变压器的集合，ρ_l是系统元件l的权重因子，S_l是输电线路l的功率，

为输电线路l的功率上限值，n为防止计算时出现遮蔽现象的参数。

5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电和火电的出力后的母线电压越限指标λ_U采用公式

其中，β是母线集合，ρ_i是第i条母线的权重因子，U_i是第i条母线的电压幅值， $U_i^{\mathrm{SP}}=(U_i^H+U_i^L)/2,$ ${\mathrm{\ΔU}}_i^{\lim }=(U_i^H-U_i^L)/2,$

和

分别为第i条母线的电压幅值上限值和下限值，n为防止计算时出现遮蔽现象的参数。

6.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于所述根据电网暂态稳定裕度λ_Sl、元件负载程度指标λ_L和母线电压越限指标λ_U计算风电/火电付出值采用公式λ＝ω₁·λ_sl+ω₂·λ_L+ω₃·λ_U；其中，ω₁、ω₂及ω₃为电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标的设定权重系数，且

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