CN104037804A - 一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。本方法依据自动发电控制机组有功功率向下旋转备用和联络线有功功率偏差定义了限制风力发电态、保持态和增加风力发电态等三种电网风力发电接纳状态。并依据当前电网是否有机组投入自动发电控制，分别给出三种风力发电接纳状态下的电网可接纳风力发电能力计算方法。在保障电网安全的前提下，最大可能减少限制风力发电。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功控制主站系统中，使该系统能够实时根据风力发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，以实现不同的电网安全、优质、经济的控制需求。

Description

一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法

技术领域

本发明涉及一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，属于新能源接入电力系统的运行和控制技术领域。

背景技术

风资源的强随机性、预测困难、反调峰等特点使得电网有功调度控制愈加困难。如何在保证电网安全的前提下，最大程度利用风力发电资源，尽可能多地消纳风力发电已经成为目前各个风力发电基地所在电网面临的共同挑战之一。目前，业界已经对风力发电接入后的有功功率调度控制进行了大量研究，并取得一系列研究和应用成果。实际现场运行经验表明，在有功功率调度控制体系中引入分钟级的快速风力发电调度实时控制，对保障电网安全，减少限制风力发电损失可以起到显著作用。

目前，工程实际现场缺乏针对电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，导致了由于对电网可接纳风力发电能力估计不足所带来的弃风，降低了风力发电的利用率。

发明内容

本发明的目的是提出一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，用于持续跟踪电网的风力发电接入状态，并利用全网参与自动发电控制机组的下旋备裕度来消纳风力发电，并在自动发电控制(以下简称AGC)下旋备裕度不足或者风电场与电网连接线路断面越限时，启动限制风力发电控制，以保障电网安全。本发明适应目前风力发电的快速波动化以及风力发电接入的规模化的控制需求。

本发明提出的电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，包括以下步骤：

(1)设定电网与风电场之间的联络线的有功功率控制死区为电网内自动发电控制的下旋备死区的上限值和下限值分别为和

(2)从电网的数据采集与监视控制系统中获取当前电网运行信息，运行信息包括电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量当前所有自动发电控制机组的下旋备总和电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值和电网与风电场之间的联络线的有功功率计划值

(3)当上述电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量大于零，即时，进行以下判定计算：

(3-1)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和大于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区上限，即则当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},h}$

(3‐2)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和小于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区下限，即则当前电网的风力发电可接纳能力为：

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},1}$

(3‐3)若当前电网投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和为：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即

(4)当电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量等于零，即时，则进行以下判定计算：

(4‐1)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}}$

(4‐2)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为：

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}+p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}};$

(4‐3)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即 $\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=0.$

本发明提出的电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，其优点是：

本方法依据自动发电控制机组向下有功功率旋转备用和联络线有功功率偏差定义了限制风力发电态、保持态和增加风力发电态等三种电网风力发电接纳状态。并依据当前电网是否有机组投入自动发电控制，分别给出三种风力发电接纳状态下的电网可接纳风力发电能力计算方法。在保障电网安全的前提下，最大可能减少限制风力发电。本方法可集成在调度中心运行的风力发电有功功率控制主站系统中，使该系统能够实时根据风力发电运行状态和电网运行状态，实施最适宜的控制策略，以实现不同的电网安全、优质、经济的控制需求。

具体实施方式

本发明提出的电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，包括以下步骤：

(1)设定电网与风电场之间的联络线的有功功率控制死区为电网内自动发电控制的下旋备死区的上限值和下限值分别为和般由调度运行人员人工指定，的典型取值范围为5‐10兆瓦，的典型取值为200‐100兆瓦，的典型取值分别为100‐50兆瓦。

(2)从电网的数据采集与监视控制系统中获取当前电网运行信息，运行信息包括电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量当前所有自动发电控制机组的下旋备总和电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值和电网与风电场之间的联络线的有功功率计划值

(3)当上述电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量大于零，即时，进行以下判定计算：

(3‐1)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和大于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区上限，即则表征当前电网有足够的自动发电控制有功功率下旋备，可继续接纳风力发电，当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},h}$

(3‐2)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和小于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区下限，即则表征当前电网的AGC有功下旋备不足，需要限制风力发电以保障电网安全，当前电网的风力发电可接纳能力为：

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},1}$

计算得到的负值表示需要限制风力发电。

(3‐3)若当前电网投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和为：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即说明不需要限制风力发电也不能继续增加风力发电接纳量。

(4)当电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量等于零，即时，则进行以下判定计算：

(4‐1)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则表征当前电网有足够的空间来接纳风力发电，当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}}$

(4‐2)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则表征当前网内发电机发出的有功功率过大，需要限制风力发电以保障电网安全，当前电网的风力发电可接纳能力为：；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}+p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}}$

计算得到的负值表示需要限制风力发电。

(4‐3)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即不需要限制风力发电也不能继续增加风力发电接纳量。

根据上述计算得到的当前电网的风力发电可接纳能力的大小，将当前电网的风力发电接入状态分为三种：

若进入限制风力发电态，当前电网需要限制风力发电以保障电网安全。

若进入保持态；当前电网不需要限制风力发电也不能继续增加风力发电。

若进入增加风力发电态；当前电网可继续接纳风力发电，减少限制风力发电。

本发明提出的电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，其中涉及的数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)以计算机和网络通信为基础，对电力系统实时运行状态进行监视和控制。

本方法中涉及的自动发电控制机组，是指电网中参与自动发电控制的发电机组。自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)是电力系统有功功率调整和频率控制的一种，AGC是电力系统调度自动化的主要内容之一，利用调度中心侧监控计算机、远动通道、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。

本方法中涉及的自动发电控制机组下旋备，用来表征机组有功功率最大的可下调空间。设机组i的有功功率当前值为有功功率下限为则机组i的有功功率下旋备的定义为： $p_i^{\mathrm{cap}}=p_i^{\mathrm{curr}}-p_i^{\min }.$

本方法中涉及的自动发电控制的下旋备死区是为了减少发电机组调速系统控制器的频繁动作，发电机组的一次调频控制回路中设置的调频死区。

本方法中涉及的电网与风电场之间的联络线的有功功率控制死区，是为了减少电网有功功率控制器的频繁动作而设置的联络线有功功率死区。

Claims (1)

1.一种电网可接纳风力发电能力的在线计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)设定电网与风电场之间的联络线的有功功率控制死区为电网内自动发电控制的下旋备死区的上限值和下限值分别为和

(2)从电网的数据采集与监视控制系统中获取当前电网运行信息，运行信息包括电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量当前所有自动发电控制机组的下旋备总和电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值和电网与风电场之间的联络线的有功功率计划值

(3)当上述电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量大于零，即时，进行以下判定计算：

(3-1)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和大于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区上限，即则当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},h}$

(3‐2)若当前电网中投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和小于上述步骤(1)中自动发电控制下旋备死区下限，即则当前电网的风力发电可接纳能力为：

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{cap}}-\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{agc}}^{\mathrm{dead},1}$

(3‐3)若当前电网投入的所有自动发电控制机组的下旋备总和为：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即

(4)当电网中投入的所有自动发电控制机组的有功功率总容量等于零，即时，则进行以下判定计算：

(4‐1)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为；

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}}$

(4‐2)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为：

$\mathrm{\Δ}{p}_{\mathrm{wind}}^{\mathrm{cap}}=(p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{sche}}+p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{dead}})-p_{\mathrm{tie}}^{\mathrm{curr}};$

(4‐3)若上述步骤(2)中电网与风电场之间的联络线的有功功率实时值与上述步骤(1)中联络线有功功率控制死区和上述步骤(2)中联络线的有功功率计划值之间存在以下关系：则当前电网的风力发电可接纳能力为零，即