CN104732294A - 一种多并网点风电接纳能力综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多并网点风电接纳能力综合评估方法，该方法首先计算基于调峰约束的风电接纳能力，其次，对于多并网点各个风电场的风电接纳能力，计算各个风电场的选取指标，选取增加容量的风电场，对选取风电场增加的容量进行静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束评估，通过多次迭代计算得到风电接纳能力，对得到的风电容量并网后的系统进行暂稳验证，确定最终的风电接纳能力。应用该方法评估所得出的风电并网方案能够保证风电并网后系统的安全稳定运行，可以更好的为风力资源开发利用及风电并网规划提供参考。

Description

一种多并网点风电接纳能力综合评估方法

技术领域

本发明属于风电技术领域，涉及一种多并网点风电接纳能力综合评估方法。

背景技术

风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。

特别是在我国，随着石化能源储量的大幅度递减，风能发电发展速度不断加快。但是， 由于风力发电并入电网后，会对电网的安全运行带来一系列不利影响，阻碍了风力发电的利用。近期以来，电力系统及相关部门虽然做出了不断的努力，但多限于风电机组单元配电并网发电的调节控制，一直不能对风电场的能量进行区域性的整合，极大地阻碍了风能资源拓展开发。如CN101207288A公开了一种风力发电软并网控制的方法，其包括电机、半导体软件，软并网控制装置采用晶闸管反并联方式，采取电压斜坡软并网控制，使夹在电机定子上的电压按阶梯波的形式从某一较小的初值逐渐增加到全压状态，达到调压限流的目的。从而避免发电机和机械部件的损坏。再如CN102163850A公开的一种风力发电并网的切换系统和方法，其包括发电机组和变流器和与变流器并联的开关，用于在自身闭合时将发电机发出的电能并入电网中，风力发电并网的切换装置，用于测量风机的输出功率，并比较风机的输出功率与变流器的额定功率，根据比较结果断开或闭合所述开关，以此提高风能的利用效果。这类技术仅能对风力发电机组单元调节控制。迄今为止，对于根据某一地域内风电场建设及电网吸纳能力状况进行综合性分析评估，进而提出该区域内风能资源的整合利用方案，尚无较为可靠的解决技术。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够综合考虑各种制约因素，依此提出区域内多个风电场并网方案，实现风能资源的最佳利用，并能保证整个电网的安全正常运行的多并网点风电接纳能力综合评估方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种多并网点风电接纳能力综合评估方法，首先计算基于调峰约束的风电接纳能力，其次，对于多并网点各个风电场的风电接纳能力，计算各个风电场的选取指标，选取增加容量的风电场，对选取风电场增加的容量进行静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束评估，通过多次迭代计算得到风电接纳能力，对得到的风电容量并网后的系统进行暂稳验证，确定最终的风电接纳能力。

所述多并网点风电接纳能力综合评估方法，考虑由电网电压薄弱节点的无功裕度指标、风电送出线路功率裕度指标、风资源裕度指标组成的综合指标选取优先增加容量的风电场。

所述多并网点风电接纳能力综合评估方法按以下步骤进行：

(1)统计规划年度地区电网的电源、负荷，计算基于调峰约束的地区电网的风电最大接纳能力S_peak；

(2)对于增加容量的待选风电场i，计算各待选风电场的优选综合指标，预选增加容量的风电场，风电场i的优选综合指标为

λ_i＝-α₁ΔQ_i+α₂P_lsi+α₃P_resourcei,i∈N_w   (1)

α₁+α₂+α₃＝1   (2) 

式中，ΔQ_i为风电场i容量增加ΔP后，系统电压最薄弱点的无功裕度，以系统功率基准为基准值，取标幺值，N_w为风电场集合；无功裕度为正值表示系统无功不足，所以其指标前加负号；α₁,α₂,α₃为各指标的权重系数；P_lsi为风电场i送出线路中负载率最高线路的送出线路功率极限与负载的差值，以线路的传输功率极限为基准值，取标幺值；P_resourcei为风电场i可增加的并网容量，即风电场风资源 容量与现有容量的差值，以系统功率基准为基准值，取标幺值；

(3)对于步骤(2)预选的增加容量的风电场，考虑风资源容量约束、静态安全约束、调峰约束、静态电压稳定约束，计算该风电场最大容量S_wimax，风电场容量为S_windi，不大于S_wimax；

(4)风电容量增加ΔS，例如这里设定为20；但增加后并网点风电容量小于步骤(3)中计算所得的容量S_wimax，即

$\mathrm{\ΔS}=\left\{\begin{array}{cc}20,& S_i+20\≤S_{\mathrm{wi}\max }\\ S_{i\max }-S_i,& S_i+20>S_{\mathrm{wi}\max }\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，S_i为风电场i增加容量前的容量；

(5)判断该风电场容量是否已达到最大，如果没有，继续重复步骤(2)～(4)；如果已经达到最大，表明风电场容量受到约束条件的限制，再判断风电容量受限原因，如果受调峰约束限制，则计算结束，否则说明该并网点风电容量达到最大，将该风电场从待选风电场中去除，重复步骤(2)～(4)计算；直到所有风电场容量总和达到调峰约束的最大风电接纳能力，或者待选风电场数量为0，计算结束；

(6)对得到的风电接纳能力进行暂稳验证，如果系统不稳定，则减少风电场容量和的限值，即适当降低S_peak，重新进行计算，直到满足暂稳约束，得到最终的风电接纳能力。

本发明研究风电接纳能力主要意义在于：一方面使风电资源得到充分开发；另一方面避免风电开发规模过快，风电出力水平超过风电接纳能力，出现较大的弃风量，影响风电开发的经济性和电力系统的安全稳定。

从规划角度来讲，风电接纳能力的限制因素包含多个方面，主要受到系统调峰、静态安全、静态电压稳定、系统暂态稳定性约束。各主要约束条件的特点如是：调峰约束仅与地区电网的电源结构、负荷特性、地区电网联络线功率交换能力有关，而不考虑具体的风电接入点；基于静态电压稳定、暂态稳定性约束、静态安全约束确定风电场并网容量通常针对确定的风电并网点，其中，暂态稳定约束主要对确定并网点的各风电场容量进行验证，静态安全约束主要是保证风电并网后，电网电压、支路功率在安全范围内，不会影响系统正常运行。而目前的评估方法考虑因素较为单一，且没有研究综合考虑限制风电接纳的主要因素。

因此，本发明的多并网点风电接纳能力综合评估方法，考虑了多个风电接纳受限因素，对于增加容量的风电场，其极限容量考虑了静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束、调峰约束；并根据风电接纳受限因素，首先计算基于调峰约束的风电接纳能力，其次，对于多并网点各个风电场的风电接纳能力，计算各个风电场的选取指标，选取增加容量的风电场，风电场增加的容量考虑静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束，通过多次迭代计算得到风电接纳能力，对计算得到的风电容量并网后的系统进行暂稳验证，确定最终的风电接纳能力。同时，在综合评估中提出了由电网电压薄弱节点的无功裕度指标、风电送出线路功率裕度指标、风资源裕度指标组成的综合指标选取优先增加容量的风电场。因而，所得出的并网方案能够保证风电并网后系统的安全稳定运行，该方法可以更好的为风力资源开发利用及风电并网规划提供参考。

本发明的效益如下：通过优选综合指标选取增加容量的风电场，以使得到的电网多并网点的风电接纳能力在无功电压、静态安全、风电容量等方面最优；同时风电场增加容量综合考虑了调峰、静态安全、静态电压稳定、系统稳定性约束，故而能保证风电并网后系统安全稳定运行。本发明的综合评估方法适合用于作为区域性风力资源利用规划的参考依据。

具体实施方式

本发明的多并网点风电接纳能力综合评估方法，对影响风电并网安全运行的多个约束因素进行综合评估分析，首先计算基于调峰约束的风电接纳能力，其次，对于多并网点各个风电场的风电接纳能力，计算各个风电场的选取指标，选取增加容量的风电场，对选取风电场增加的容量进行静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束评估，通过多次迭代计算得到风电接纳能力，对得到的风电容量并网后的系统进行暂稳验证，确定最终的风电接纳能力。所述多并网点风电接纳能力综合评估方法，考虑由电网电压薄弱节点的无功裕度指标、风电送出线路功率裕度指标、风资源裕度指标组成的综合指标选取优先增加容量的风电场。

下面结合实施例，对本发明做进一步说明。

所述多并网点风电接纳能力综合评估方法可按以下步骤进行：

(1)统计规划年度地区电网的电源、负荷，计算基于调峰约束的地区电网的风电最大接纳能力S_peak；

(2)对于增加容量的待选风电场i，计算各待选风电场的优选综合指标，预选增加容量的风电场，风电场i的优选综合指标为

λ_i＝-α₁ΔQ_i+α₂P_lsi+α₃P_resourcei,i∈N_w   (1) 

α₁+α₂+α₃＝1   (2) 

式中，ΔQ_i为风电场i容量增加ΔP后，系统电压最薄弱点的无功裕度，以系统功率基准为基准值，取标幺值，N_w为风电场集合；无功裕度为正值表示系统无功不足，所以其指标前加负号；α₁,α₂,α₃为各指标的权重系数；P_lsi为风电场i送出线路中负载率最高线路的送出线路功率极限与负载的差值，以线路的传输功率极限为基准值，取标幺值；P_resourcei为风电场i可增加的并网容量，即风电场风资源容量与现有容量的差值，以系统功率基准为基准值，取标幺值；

(3)对于步骤(2)预选的增加容量的风电场，考虑风资源容量约束、静态安全约束、调峰约束、静态电压稳定约束，计算该风电场最大容量S_wimax，风电场容量为S_windi，不大于S_wimax；

(4)风电容量增加ΔS，例如这里设定为20；但增加后并网点风电容量小于步骤(3)中计算所得的容量S_wimax，即

$\mathrm{\ΔS}=\left\{\begin{array}{cc}20,& S_i+20\≤S_{\mathrm{wi}\max }\\ S_{i\max }-S_i,& S_i+20>S_{\mathrm{wi}\max }\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，S_i为风电场i增加容量前的容量；

(5)判断该风电场容量是否已达到最大，如果没有，继续重复步骤(2)～(4)；如果已经达到最大，表明风电场容量受到约束条件的限制，再判断风电容量受限原因，如果受调峰约束限制，则计算结束，否则说明该并网点风电容量达到最大，将该风电场从待选风电场中去除，重复步骤(2)～(4)计算；直到所有风电场容量总和达到调峰约束的最大风电接纳能力，或者待选风电场数量为0，计算结 束；

(6)对得到的风电接纳能力进行暂稳验证，如果系统不稳定，则减少风电场容量和的限值，即适当降低S_peak，重新进行计算，直到满足暂稳约束，得到最终的风电接纳能力。

本发明依照上述步骤依次对规划区域内多个风电场进行并网安全性进行综合评估，并通过多个因素的迭代计算分析，最终确定对多个风电场的并网取舍，也可通过调整电网接纳能力来扩大风电场并网的范围，实现风电场的最佳并网方案。

以某地区电网为例，计算2020年基于调峰约束的地区电网的风电最大接纳能力为1560MW。地区规划风电场有9个，由地区电网数据模型、规划各风电场的风资源容量，2020年地区电网各并网点的风电接纳能力计算过程如表1。

表12020年地区电网各并网点的最大风电接纳能力 

计算过程	选取增加容量的风电场	增加容量后的风电场容量/MW	风电场容量受限情况
				1	风电场3	20	无
2	风电场1	20	无
				3	风电场5	20	无
．．．	．．．．	．．．	．．．
				12	风电场1	100	无
13	风电场5	87	风电资源容量限制
				．．．	．．．．	．．．	．．．
24	风电场1	192	风电资源容量限制
				25	风电场3	192	风电资源容量限制
．．．	．．．．	．．．	．．．
				37	风电场2	99	风电资源容量限制
38	风电场4	144	风电资源容量限制
				．．．	．．．．	．．．	．．．
50	风电场7	120	并网点附近110kV节点电压越下限
				．．．	．．．．	．．．	．．．
54	风电场9	80	并网点附近110kV节点电压越下限
				55	风电场6	96	风电资源容量限制
56	风电场8	80	风电资源容量限制
				57	风电场8	96	风电资源容量限制

对得到的风电接纳能力进行性暂稳验证，结果表明，风电并网后系统暂态稳定。因此，得到最终的风电接纳能力如表2

表2地区电网各风电场的风电接纳能力

风电场	并网电压等级	风电场容量/MW
			风电场1	220kV	192
风电场2	110kV	99
			风电场3	220kV	192
风电场4	110kV	144
			风电场5	110kV	87
风电场6	110kV	96
			风电场7	110kV	120
风电场8	110kV	96
			风电场9	110kV	80

以上案例仅是例证性的，对本发明方法的范围没有限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多并网点风电接纳能力综合评估方法，其特征在于：首先计算基于调峰约束的风电接纳能力，其次，对于多并网点各个风电场的风电接纳能力，计算各个风电场的选取指标，选取增加容量的风电场，对选取风电场增加的容量进行静态安全、静态电压稳定、风资源容量约束评估，通过多次迭代计算得到风电接纳能力，对得到的风电容量并网后的系统进行暂稳验证，确定最终的风电接纳能力。

2.根据权利要求1所述的多并网点风电接纳能力综合评估方法，其特征在于：它考虑由电网电压薄弱节点的无功裕度指标、风电送出线路功率裕度指标、风资源裕度指标组成的综合指标选取优先增加容量的风电场。

3.根据权利要求1所述的多并网点风电接纳能力综合评估方法，其特征在于：所述多并网点风电接纳能力综合评估方法是按以下步骤进行：

(1)统计规划年度地区电网的电源、负荷，计算基于调峰约束的地区电网的风电最大接纳能力S_peak；

(2)对于增加容量的待选风电场i，计算各待选风电场的优选综合指标，预选增加容量的风电场，风电场i的优选综合指标为

λ_i＝-α₁ΔQ_i+α₂P_lsi+α₃P_resourcei,i∈N_w   (1)

α₁+α₂+α₃＝1   (2)

式中，ΔQ_i为风电场i容量增加ΔP后，系统电压最薄弱点的无功裕度，以系统功率基准为基准值，取标幺值，N_w为风电场集合；无功裕度为正值表示系统无功不足，所以其指标前加负号；α₁,α₂,α₃为各指标的权重系数；P_lsi为风电场i送出线路中负载率最高线路的送出线路功率极限与负载的差值，以线路的传输功率极限为基准值，取标幺值；P_resourcei为风电场i可增加的并网容量，即风电场风资源容量与现有容量的差值，以系统功率基准为基准值，取标幺值；

(3)对于步骤(2)预选的增加容量的风电场，考虑风资源容量约束、静态安全约束、调峰约束、静态电压稳定约束，计算该风电场最大容量S_wimax，风电场容量为S_windi，不大于S_wimax；

(4)风电容量增加ΔS，例如这里设定为20；但增加后并网点风电容量小于步 骤(3)中计算所得的容量S_wimax，即

式中，S_i为风电场i增加容量前的容量；

(5)判断该风电场容量是否已达到最大，如果没有，继续重复步骤(2)～(4)；如果已经达到最大，表明风电场容量受到约束条件的限制，再判断风电容量受限原因，如果受调峰约束限制，则计算结束，否则说明该并网点风电容量达到最大，将该风电场从待选风电场中去除，重复步骤(2)～(4)计算；直到所有风电场容量总和达到调峰约束的最大风电接纳能力，或者待选风电场数量为0，计算结束；

(6)对得到的风电接纳能力进行暂稳验证，如果系统不稳定，则减少风电场容量和的限值，即适当降低S_peak，重新进行计算，直到满足暂稳约束，得到最终的风电接纳能力。