CN105244922B - 限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法，针对风电发展与电网建设、负荷分布不匹配产生的弃风限电问题，结合国内风电大规模、远距离集中并网的特点，提出了一种限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法，本发明方法基于风电功率波动特性分析，根据当前时段风电有功出力实测值，对其下一时段有功出力范围进行概率评估，以限风情况下风电场群有功消纳最大、线路损耗最小为目标，同时考虑系统网络安全约束、风电场输出功率约束、避免风电场机组频繁启停约束等条件，基于多目标函数模型和遗传算法对各风电场分配有功出力任务。

Description

限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法

技术领域

本发明属于风力发电联网运行技术领域，是一种限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法。

背景技术

近年来，中国风电发展保持高速增长势头，在“建设大基地、融入大电网”的风电发展战略指导下，我国风电已经形成大规模集中开发、远距离高压输送的格局。

风电快速发展的同时也带来了并网和消纳难题，一方面，我国风能资源与用户市场呈逆向分布特点，风电本地消纳能力不足、跨区外送能力有限；另一方面，风电具有间歇性、波动性、随机性等特点，风电并网需要配套建设调峰电源，而我国风电集中的“三北”(西北、华北、东北)地区，电源结构单一，调峰能力不足。长期以来弃风限电问题一直困扰着我国风电的高效发展。多处于同一风资源带、具有很强同时性、地理位置相同或者接近且集中接入同一并网点的风电场集合称为风电场群。部分地区由于风电开发过于集中，并网外送通道建设滞后，在短期内风电场弃风问题无法得到有效解决，在这种限出力运行情况下，合理调度风电场群内部各风场的有功出力，有利于风电功率的消纳和提高风电运行的经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对我国大规模风电运行时存在的严重的弃风限电现象，提出一种科学合理，适用性强的限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法，该方法基于风电功率波动特性分析，根据当前时段风电有功出力实测值，对其下一时段有功出力范围进行概率评估,以限风情况下风电场群有功消纳最大、线路损耗最小为目标，同时考虑系统网络安全约束、风电场输出功率约束、避免风电场机组频繁启停约束等条件，基于多目标函数模型和遗传算法对各风电场分配有功出力任务。

解决其技术问题采用的技术方案是：一种限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法，其特征是：分析风电功率的波动特性和风电场的有功出力能力，建立综合考虑风电消纳和线路损耗的目标函数，在此基础上优化分配各风电场有功出力，它包括的内容有：

1)计及风电功率波动特性的风电场有功出力分析

电网调度是根据当前时刻的汇集信息对下一时刻机组出力进行安排，调度安排与受控对象存在时间差；由于风电具有随机波动性的特点，如何对下一时刻风电功率进行准确预测至关重要，为此，以较长时间跨度下风电场有功出力波动范围的概率统计来估算下一时刻有功出力范围，统计量采用有功出力的一阶差分量，随数据不断更新，有功出力波动范围预测值可实现滚动更新；

2)风电场群有功出力优化分配

建立以限风情况下风电场群有功消纳最大和输送线路有功损耗最小为目标，以系统网络安全、各风电场输出功率、避免风电场机组频繁启停为约束的多目标优化模型，可使场群内各风电场的有功出力分配值更加符合实际运行状况和更具实际经济性；

综合考虑风电场群有功消纳和线路损耗，构建风电场群有功出力优化分配模型，其目标函数为：

风电场群有功消纳最大

限风情况下t时段风电场群有功消纳最大化等同于场群的弃风损失功率最小化，可以用各风电场的有功出力分配值函数表示：

式中：P_Lim表示t时段电网接纳风电的有功限值；

P_i'表示t时段风电场i的有功消纳；

其中：P_i'＝P_i-ΔP_i (2)

式中：P_i表示t时段风电场i的有功出力分配值；

ΔP_i表示t时段风电场i经过输送线路至场群汇聚处所产生的有功损耗；

Q_i表示t时段风电场i的无功出力；

U_i表示风电场i升压站高压侧电压；

R_i表示风电场i至场群汇聚处输送线路上的电阻；

输送线路有功损耗最小

各风电场离场群汇聚处的距离不同而产生不同损耗，考虑到电网运行的经济性，t时段风电场群的有功损耗目标函数定义为：

双馈型风电场采用功率因数为的恒功率因数运行方式，故式中：

综上，总目标函数为：

F＝α₁F₁+α₂F₂ (6)

式中：α₁、α₂为权重系数；

约束条件：

系统网络安全约束

风电场输出功率约束

0≤P_i≤P_i ^FOR≤P_i ^N (8)

式中：P_i ^FOR为t时段风电场i的超短期有功功率预测值；P_i ^N为风电场i的装机容量；

避免风电场机组频繁启停约束

k_iP_i ^N≤P_i (9)

式中：k_i为小于1的避免风电场i机组频繁启停的权重系数；k_iP_i ^N即为避免机组频繁启停风电场i的调节下限。

本发明基于风电功率波动特性分析的风电场群功率分配方法，通过超短期风电功率预测分析以及构建多目标函数模型得到各风电场的最优分配出力，从而在提高风电消纳规模的同时，兼顾降低了线路损耗,具有方法科学合理，适用性强等优点。

附图说明

图1:某风电场5min级有功出力一阶差分概率密度；

图2:风电场有功出力范围；

图3:遗传算法流程图；

图4:风电场群有功消纳；

图5:风电场群有功损耗。

具体实施方式

下面利用附图和实施案例对本发明的限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法作进一步描述。

本实施案例将以东北某风电场群为例，验证所提方法的有效性。该风电场群由7个双馈型风电场组成，总装机容量为844.3MW，经过220kV输送线路汇集到500kV升压变电站。各风电场的具体参数如下表1所示，其中风电场的调节下限设为该风电场装机容量的30％。

表1 各风电场具体参数

实施案例计算条件说明如下：

1)风电场群的调度周期为15min，采用15min时间内三个5min级预测出力的平均值作为新的预测值；

2)各风电场按照cosφ＝0.8的恒功率因数方式运行；

3)有功消纳目标权重α₁设为0.9，线路损耗目标权重α₂设为0.1；

4)电网调度中心将有功限值定为350MW(00:00-01:00)和330MW(01:00-02:00)；

在上述计算条件下，应用本发明方法对风电场群有功出力优化分配的结果如下：

1.计及风电功率波动特性的风电场有功出力分析

图1为某99MW风电场5min级有功出力一阶差分概率密度分布的统计，以下一时刻有功出力波动范围在其额定功率百分之五范围内(即横坐标[-0.05，0.05]以内部分)为例，其概率之和约为99％(即此部分有功波动范围的概率为99％)，该范围部分随有功出力实时变化而变化。图2实线为当前时刻有功出力，虚线为根据下一时刻有功波动范围预测得到的有功出力范围，显然该范围的预测精度概率同为99％。实例中风电场群某日00:00-02:00时间段内各风场的超短期有功出力预测值如下表2所示。

表2 各风电场超短期有功出力预测值/MW

2.风电场群有功出力优化分配方法

在给定计算条件下，本实施例风电场群有功出力优化分配方法的具体形式由公式(10)-(19)表示：

总目标函数：F＝α₁F₁+α₂F₂ (10)

约束条件：

0≤P_i≤P_i ^FOR≤P_i ^N (12)

k_iP_i ^N≤P_i (13)

其中：

α₁＝0.9,α₂＝0.1 (14)

k_i＝30％，(i＝1,2,3,4,5,6,7) (19)

图3为解决本发明方法的遗传算法流程图；图4为本发明方法与常规比例分配方法得出的风电场群有功消纳；图5为本发明方法与常规比例分配方法得出的风电场群有功损耗；

3.实施例总结

1)本发明方法以风电场群整体有功消纳水平为控制目标，较常规比例分配方法有效增加了风电功率的消纳。如图4中01:15-01:30时段风电功率消纳由274.02MW提升至330MW，提升了20.43％。

2)由于考虑了线路损耗，本发明方法在增加场群整体有功消纳的同时，使经济性得到提高，如图4和图5中00:30-00:45时段，在风电消纳增加了13.77％的同时，线路损耗降低了51.09％。

由此可以看出运用本发明所提出的限风情况下风电场群有功出力优化分配方法可以提高风电功率消纳，降低线路损耗。

本发明实施案例中的计算条件、图例、表等仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施案例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种限风情况下双馈型风电场群有功出力优化分配方法，其特征是：分析风电功率的波动特性和风电场的有功出力能力，建立综合考虑风电消纳和线路损耗的目标函数，在此基础上优化分配各风电场有功出力，它包括的内容有：

1)计及风电功率波动特性的风电场有功出力分析

电网调度是根据当前时刻的汇集信息对下一时刻机组出力进行安排，调度安排与受控对象存在时间差，为此，以较长时间跨度下风电场有功出力波动范围的概率统计来估算下一时刻有功出力范围，统计量采用有功出力的一阶差分量，随数据不断更新，有功出力波动范围预测值可实现滚动更新；

2)风电场群有功出力优化分配

建立以限风情况下风电场群有功消纳最大和输送线路有功损耗最小为目标，以系统网络安全、各风电场输出功率和避免风电场机组频繁启停为约束的多目标优化模型，可使场群内各风电场的有功出力分配值更加符合实际运行状况和更具实际经济性；

综合考虑风电场群有功消纳和线路损耗，构建风电场群有功出力优化分配模型，其目标函数为：

风电场群有功消纳最大

限风情况下t时段风电场群有功消纳最大化等同于场群的弃风损失功率最小化，可以用各风电场的有功出力分配值函数表示：

式中：P_Lim表示t时段电网接纳风电的有功限值；

P_i'表示t时段风电场i的有功消纳；

其中：P_i'＝P_i-ΔP_i (2)

式中：P_i表示t时段风电场i的有功出力分配值；

ΔP_i表示t时段风电场i经过输送线路至场群汇聚处所产生的有功损耗；

Q_i表示t时段风电场i的无功出力；

U_i表示风电场i升压站高压侧电压；

R_i表示风电场i至场群汇聚处输送线路上的电阻；

输送线路有功损耗最小

各风电场离场群汇聚处的距离不同而产生不同损耗，考虑到电网运行的经济性，t时段风 电场群的有功损耗目标函数定义为：

双馈型风电场采用功率因数为的恒功率因数运行方式，故式中：

综上，总目标函数为：

F＝α₁F₁+α₂F₂ (6)

式中：α₁、α₂为权重系数；

约束条件：

系统网络安全约束

风电场输出功率约束

0≤P_i≤P_i ^FOR≤P_i ^N (8)

式中：P_i ^FOR为t时段风电场i的超短期有功功率预测值；P_i ^N为风电场i的装机容量；

避免风电场机组频繁启停约束

k_iP_i ^N≤P_i (9)

式中：k_i为小于1的避免风电场i机组频繁启停的权重系数；k_iP_i ^N即为避免机组频繁启停风电场i的调节下限。