CN104979841B - 一种平抑间歇式能源出力随机波动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可再生能源发电并网技术，具体涉及一种平抑间歇式能源出力随机波动的方法，所述方法利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动，所述方法包括下述步骤：（1）选择直流功率调制策略；（2）选取直流功率调制信号；（3）集中调制间歇性能源集中并网时引起的功率波动。利用直流功率调制功能，将间歇式能源给电网送端造成的功率波动，通过直流系统传导至受端，由送端和受端共同消纳，有利于缓解大量间歇式能源接入给电网带来的影响，提高电网对间歇式能源的接纳能力。

Description

一种平抑间歇式能源出力随机波动的方法

技术领域

本发明涉及可再生能源发电并网技术，具体涉及一种利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法。

背景技术

近年来新能源发电增长迅猛，主要表现为大规模风力发电和太阳能光伏发电集中开发。由于风电和光伏发电均受环境因素影响，出力具有随机性和间歇性，会对电网运行造成一定的影响。

直流输电系统能够通过换流器触发相位的控制实现快速和多种方式的调节。直流系统的快速响应能力可用于提高整个交流系统的运行性能，如果直流输送的功率能随着交流系统状态的变化而改变，则可以提高系统动态阻尼能力和故障后的恢复能力。

基于超/特高压直流系统的快速控制的能力，让直流系统快速响应间歇式能源出力的变化，改善系统运行特性。目前没有跟随风功率波动相应调整直流功率的功能，亟需一种可以实现此功能的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法，利用直流功率调制功能，将间歇式能源给电网送端造成的功率波动，通过直流系统传导至受端，由送端和受端共同消纳，有利于缓解大量间歇式能源接入给电网带来的影响，提高电网对间歇式能源的接纳能力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种平抑间歇式能源出力随机波动的方法，其改进之处在于，所述方法利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动，所述方法包括下述步骤：

（1）选择直流功率调制策略；

（2）选取直流功率调制信号；

（3）集中调制间歇性能源集中并网时引起的功率波动。

进一步地，所述步骤（1）直流功率调制策略根据间隙式能源出力变化而定，所述直流功率调制策略包括：

①针对间歇式能源出力短时变化采取的直流功率调制策略：当间歇式能源出力变化是短时的，包括由于阵风引起的风功率波动和由于云层变化引起的光伏出力波动，通过直流功率调制平抑能源出力变化，稳态后直流功率为额定值；

②针对风电场和光伏发电大面积脱网的情况，采用直流功率紧急控制，通过直流紧急功率控制缓解风电场和光伏发电脱网带来的功率缺额；风电场和光伏发电大面积脱网指的是脱网风电或光伏机组容量达到其装机容量的1/5以上。

进一步地，所述直流功率紧急控制包括功率提升或降低，在直流控制系统中，直流功率给定值的变化改变直流电流控制器的电流给定值，实现对直流输送功率的控制；当系统送端中出现风电场和光伏发电大面积脱网的情况时，出现大的功率缺额，直流功率紧急控制降低送端外送电力，缓解送端功率缺额。

进一步地，所述步骤（2）选取直流功率调制信号包括：

<1>当调制目的为跟踪功率输入的变化，并通过直流功率调制抑制相应变化时，直流功率调制信号选择能够反映输入变化最灵敏的交流线路，包括交流线路的功率、频率和电压波动；

<2>当调制目的为提高电力系统暂态稳定性时，直流调制信号选择电力系统中电压或频率波动造成影响的节点所在的交流线路，包括交流线路的电压和频率波动。

进一步地，所述步骤（3）集中调制间歇性能源集中并网时引起的功率波动包括：对于同时接入风电场和光伏发电的节点，由于风功率与光伏功率输出均具有间歇性和随机性，直流功率调制不单独跟随风功率变化或光伏功率变化，而针对风功率和光功率综合变化而定；或根据风功率和光功率预测结果，制定相适应的直流功率调制策略。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法，利用直流功率调制功能，将间歇式能源给电网送端造成的功率波动，通过直流系统传导至受端，由送端和受端共同消纳，有利于缓解大量间歇式能源接入给电网带来的影响，提高电网对间歇式能源的接纳能力。具体表现为：

1.直流功率调制策略根据间隙式能源出力变化而定。对于短时可逆的出力变化，如阵风或云层短时遮挡，采用的功率调制函数仅具有短时改变直流输电功率的特性，在稳态时恢复为初始值；对于长时间不可逆的出力变化，采用直流功率紧急调制，缓解送端功率缺额，提高送端系统的暂态稳定性及故障后系统的整体恢复水平。

2.首次提出根据直流调制的目的，确定直流调制信号，更加充分地发挥直流调制功能以达到预期的效果。

附图说明

图1是本发明提供的利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法的流程图；

图2是本发明提供的酒泉风电阵风波动后风速变化曲线图；

图3是本发明提供的酒泉风电阵风波动后风功率变化曲线图；

图4是本发明提供的酒泉风电阵风波动采用酒泉-长沙直流调制后直流功率曲线图；

图5是本发明提供的酒泉风电阵风波动后采用及不采用调制措施时酒泉站母线电压曲线图；

图6是本发明提供的酒泉风电阵风波动后采用及不采用调制措施时酒泉站母线频率偏差曲线图；

图7是本发明提供的甘肃风电和光伏同时速降到0后系统频率偏差曲线图；

图8是本发明提供的甘肃风电和光伏同时速降到0后交流通道上的节点电压曲线图；

图9是本发明提供的直流调制传递函数框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法，其流程图如图1所示，主要包括以下几方面内容：

（1）直流功率调制策略的选择：

直流功率调制根据间歇式能源出力波动情况，分别选取不同的调制方式。当间歇式能源出力变化是短时的，如由于阵风引起的风功率波动、由于云层变化引起的光伏出力波动，可以通过直流功率调制来平抑出力变化，稳态后直流功率仍为额定值。

当间歇式能源出力变化不是短时的，如风电、光伏发电大面积脱网的情况，可以通过直流功率紧急控制来平抑出力变化，稳态后直流功率为调整后的值。

①针对间歇式能源出力短时变化采取的直流功率调制策略：

直流功率调制策略主要针对阵风、云层遮挡等间歇性质，持续时间不长的特点而定，直流功率直流调制也是短期内直流功率的变化，在稳态时均保持额定功率，仅提供短时功率支持，辅助系统维持暂态稳定的能力。

②针对风电场、光伏发电大面积脱网的情况，采用直流功率紧急调制，通过直流紧急功率控制来缓解风电脱网带来的功率缺额：

直流功率紧急控制包括功率提升或降低，在直流控制系统中，直流功率给定值的变化将改变直流电流控制器的电流给定值，从而实现对直流输送功率的控制。当系统送端中出现风电、光伏发电大面积脱网的情况时，出现了较大的功率缺额，直流功率紧急控制可快速降低送端外送电力，缓解送端功率缺额，提高送端系统的暂态稳定性及故障后系统的整体恢复水平。

（2）直流调制信号选择：

直流功率调制信号选取与调制的目的有关，根据不同的调制目的选取相适应的调制信号。

<1>当调制目的为快速跟踪功率输入的变化，并通过调制抑制相应变化时，直流调制反应信号选择能够反映输入变化最灵敏的交流线路，通过跟踪该交流线路功率、频率或电压波动，有利于充分发挥直流调制快速抑制输入变化的特点，减小功率波动对交流系统的影响。

<2>当调制目的为提高系统暂态稳定性时，直流调制信号选择系统中电压或频率波动可能造成较大影响的节点所在的交流线路。如根据系统中电压或频率波动大小，选择交流通道上电压变化较大或容易造成电压越界的节点或接有大量光伏的节点。总之，选择系统中对电压和频率敏感的节点所在的交流线路。

（3）风光等间歇性能源集中并网时引起的功率短时波动的直流调制方法：

对于同时接入风光的节点，由于风功率与光伏功率输出均具有一定的间歇性和随机性，直流功率调制不单独跟随风功率变化或光伏功率变化，而是针对风和光功率变化而定。或根据风、光功率预测结果，制定相适应的直流功率调制策略。

从利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动的方法的流程图图1可以得知：

1）当系统中出现由于风、光功率波动导致的功率缺额时，首先判断功率波动情况。

2）若功率波动属于瞬时功率波动，选择采用直流功率调制。直流功率是短时功率控制，在稳态时恢复其额定功率。直流功率调制传递函数框图如图9所示。

直流功率调制输入是交流线路上的有功功率，输出直流功率调节量。直流功率调制控制器传递函数为：

其中：ΔP_mod为输出直流功率，P_AC为输入交流功率，K为放大倍数，T_d为微分环节时间常数，T_f为滤波器时间常数，ε为引导补偿因子，A、B、C、D为陷波滤波器参数。

当风功率波动与时间呈斜坡函数关系时，风功率波动函数为：

P_AC=K_ACP_AC-RATED 2）；

根据拉普拉斯终值定理有：

由上式可知，对于斜坡输入的风电功率波动，直流功率调制控制器的输出在终值（稳态）时为0，直流调制控制策略只具有短时改变直流输电功率的特性，进入稳态后直流输电功率恢复为初始值。

采用直流功率调制时需要根据调制目的选择控制信号：

（1）若控制目的是快速跟踪功率变化，控制信号选择采用能够反映输入变化最灵敏的交流线路。

（2）若控制目的是提高系统暂态稳定性，控制信号选择采用系统中电压或频率波动可能造成较大影响的节点所在的交流线路。

3）若功率波动属于风、光大面积脱网，选择采用直流紧急功率控制。由于风、光大面积脱网后功率不能很快恢复，直流紧急功率控制不再是短时功率变化，功率变化范围需要在直流长期允许热稳定范围内。

4）直流功率随风、光功率波动而调整时，根据风电光伏的位置确定功率可调整的直流线路。

实施例一

利用酒泉站的风电场和光伏发电对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

（1）直流功率跟随风功率阵风波动而调整：

酒泉风电阵风波动，阵风作用时间从0秒到20秒，最大值达到5米/秒。酒泉-长沙直流单极功率调制，直流调制信号选自玉门-嘉峪关。仿真结果分别如图2-6所示。从图2和图3中可以看出，酒泉风电场出力变化基本跟随风速变化，其变化轨迹也基本相同。从图4中可以看出，酒泉-长沙直流功率采用跟随风功率波动调制后，直流功率随风功率增加而增大，较风功率变化有少许滞后，其功率变化趋势与风功率变化一致。从图5和图6可以看出，风功率波动后采用直流功率调制和不采用调制时，酒泉站母线电压变化不大，但对母线频率偏差的影响较大，采用直流功率调制后母线频率偏差有较明显的减小。

从仿真结果可以看出，酒泉站风功率波动后，系统频率有小幅波动，采用直流功率调制后，直流输送功率随风电场功率波动而调整，减少了系统频率偏差。采取直流功率调制在一定程度上改善了系统阻尼，有利于提高系统暂态稳定性。

实施例二

利用甘肃风电场和光伏发电对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

（2）直流功率跟随甘肃风电和光伏功率同时速降时的紧急功率控制：

甘肃风电592万千瓦和光伏51万千瓦在25周波同时速降到0，当不采取直流功率紧急速降控制措施时，送端系统频率波动幅度与火电机组调频速度、系统调峰调频能力等因素相关，仿真计算表明系统频率最低下降至49.4Hz，最终稳定在49.8Hz。若酒泉～长沙直流采取功率紧急速降控制措施，直流功率速降400万千瓦，则系统频率最低下降至49.55Hz，最终稳定在49.9Hz。可见采用直流紧急功率控制措施对系统暂态及稳态频率恢复有较好的效果。从图7-8中可以看出，甘肃风电和光伏同时速降，河西通道外送潮流减轻，同时也缓解了新疆外送第二通道的压力，交流通道上节点电压较未采取措施时高。采用直流紧急功率控制措施对系统暂态及稳态频率恢复有较好的效果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种平抑间歇式能源出力随机波动的方法，其特征在于，所述方法利用直流功率调制平抑间歇式能源出力随机波动，所述方法包括下述步骤：

(1)选择直流功率调制策略；

(2)选取直流功率调制信号；

(3)集中调制间歇性能源集中并网时引起的功率波动；

所述步骤(1)直流功率调制策略根据间隙式能源出力变化而定，所述直流功率调制策略包括：

①针对间歇式能源出力短时变化采取的直流功率调制策略：当间歇式能源出力变化是短时的，包括由于阵风引起的风功率波动和由于云层变化引起的光伏出力波动，通过直流功率调制平抑能源出力变化，稳态后直流功率为额定值；

②针对风电场和光伏发电大面积脱网的情况，采用直流功率紧急控制，通过直流紧急功率控制缓解风电场和光伏发电脱网带来的功率缺额；风电场和光伏发电大面积脱网指的是脱网风电或光伏机组容量达到其装机容量的1/5以上；

所述直流功率紧急控制包括功率提升或降低，在直流控制系统中，直流功率给定值的变化改变直流电流控制器的电流给定值，实现对直流输送功率的控制；当系统送端中出现风电场和光伏发电大面积脱网的情况时，出现大的功率缺额，直流功率紧急控制降低送端外送电力，缓解送端功率缺额；

所述步骤(2)选取直流功率调制信号包括：

<1>当调制目的为跟踪功率输入的变化，并通过直流功率调制抑制相应变化时，直流功率调制信号选择能够反映输入变化最灵敏的交流线路，包括交流线路的功率、频率和电压波动；

<2>当调制目的为提高电力系统暂态稳定性时，直流调制信号选择电力系统中电压或频率波动造成影响的节点所在的交流线路，包括交流线路的电压和频率波动；

所述步骤(3)集中调制间歇性能源集中并网时引起的功率波动包括：对于同时接入风电场和光伏发电的节点，由于风功率与光伏功率输出均具有间歇性和随机性，直流功率调制不单独跟随风功率变化或光伏功率变化，而针对风功率和光功率综合变化而定；或根据风功率和光功率预测结果，制定相适应的直流功率调制策略。