CN106026197B - 风电与火电耦合外送优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电与火电耦合外送优化控制方法，包括：基于日前风电预测，确定日前风电调峰需求容量，从而得出日前风电调峰需求容量曲线；基于日前负荷预测，确定日前火电调峰可用容量，从而得出日前火电调峰可用容量曲线；根据上述得出的日前风电调峰需求容量曲线和日前火电调峰可用容量曲线计算日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率；基于日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率以及日前风火耦合外送初步功率计算得出日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率，从而得到风电与火电耦合外送优化控制方案。达到计算简单，且预测准确的效果。

Description

风电与火电耦合外送优化控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统新能源与可再生能源领域，具体地，涉及一种风电与火电耦合外送优化控制方法。

背景技术

风速本身的间歇性和随机性会导致整个风电场出力变化具有不确定性，风电出力的不确定性会加大系统的等效负荷差，易导致电网调峰能力不足、调节速度也难以适应风电出力的大幅度变化等问题。尽管现代先进的风电发电技术可以控制风电机组的出力，但也是以风速限制作为前提的。对于电网调峰来说，最严重的情况是，负荷高峰时风电机组出力为零，负荷低谷时风电机组满出力，风电机组不仅不能够参与调峰，反而增大了电网调峰的难度，对其它机组的调峰要求进一步提高。

采取风电、火电耦合外送，利用风电、火电进行协调控制，在耦合送出时优先考虑风电送出，并随着风电出力的波动，火电机组对风电进行相应的配合，使得输送断面出力平稳，也保证了风火耦合外送断面不易越限。风火协调控制使得风电场的输出功率尽量平稳并具备一定的可控能力，系统相应的功角、电压、频率以及线路功率特性等，都相对于单独输送风电有了明显的改善。同时，风火协调外送时优先输送风电，通过改变火电机组出力来配合风电的波动性，并利用一定的火电机组作为风电机组的调频调峰电源，这样不仅可以提高风电并网运行后电网的可靠性，充分利用输电通道，降低大容量风电外送的输电成本，同时也大大提高了风电的消纳能力。如何优化控制风电与火电耦合外送对新能源与可再生能源发电具有十分重要的意义。

目前对风电与火电耦合外送的优化控制方法，大多数都是采用复杂算法、复杂数学理论，其应用仅仅停留在理论阶段；而当应用于生产实际时，这些方法常常因为计算速度不符合在线计算要求、电网实际情况与理论假设不符而难于真正地达到其理论预测效果，对电网日前发电计划安排的实际指导意义不大。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种风电与火电耦合外送优化控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种风电与火电耦合外送优化控制方法，包括：

S1：基于日前风电预测，确定日前风电调峰需求容量，从而得出日前风电调峰需求容量曲线；

S2：基于日前负荷预测，确定日前火电调峰可用容量，从而得出日前火电调峰可用容量曲线；

S3：根据上述得出的日前风电调峰需求容量曲线和日前火电调峰可用容量曲线计算日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率；

S4：基于日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率以及日前风火耦合外送初步功率计算得出日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率，从而得到风电与火电耦合外送优化控制方案。

优选的，所述S3包括以下步骤：

S301：基于S1确定的日前风电调峰需求容量和S2确定的日前火电调峰可用容量，并根据风电爬坡率、火电爬坡率以及日前风电预测值，初步确定可用于外送的风电功率，即日前风电初步可外送功率；

S302：基于S1确定的日前风电调峰需求容量和S2确定的日前火电调峰可用容量，初步确定可用于外送的火电功率,即日前火电初步可外送功率；

S303：基于S301确定的日前风电初步可外送功率和S302确定的日前火电初步可外送功率，初步确定可用于外送的风电功率与火电功率之和，即日前风火耦合外送初步功率。

优选的，所述S4包括以下步骤：

S401：基于S301确定的风电初步可外送功率，并根据风火耦合外送通道断面极限，最终确定可用于外送的风电功率，即日前风电外送功率；

S402：基于S302确定的日前火电初步可外送功率、S303确定的日前风火耦合外送初步功率和S401确定的日前风电外送功率，并根据风火耦合外送通道断面极限，最终确定可用于外送的火电功率，即日前火电外送功率；

S403：基于S401确定的日前风电外送功率和S402确定的日前火电外送功率，最终确定可用于外送的风电功率与火电功率之和，即日前风火耦合外送功率。

S404：基于日前风电外送功率、日前火电外送功率和日前风火耦合外送功率，得到风电与火电耦合外送优化控制方案。

优选的，S1中确定日前风电调峰需求容量具体为：

假设P_G.need为日前风电调峰需求容量，则：

其中W_pre.max为日前风电预测最大值，W_pre.min为日前风电预测最小值，W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率。

优选的，S2中确定日前火电调峰可用容量具体为：

假设P_balance为日前火电调峰可用容量，则：

其中P_load为日前负荷预测大小，P_G.min为火电厂的最小技术出力，P_G.max为最大技术出力。

优选的，所述S301中日前风电初步可外送功率的具体计算公式为：

假设W_delinitial为日前风电初步可外送功率，则：

其中W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率，P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量，W_pre为日前风电预测值，

优选的，所述S302中日前火电初步可外送功率的具体计算公式为：

假设G_delinitial为日前火电初步可外送功率，则：

其中P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量。

优选的，S401中日前风电外送功率的具体计算公式为：

假设W_final为日前风电外送功率，则：

其中W_delinitial为日前风电初步可外送功率，P_translimit为功率外送通道断面极限。

优选的，S402中日前火电外送功率的具体计算公式为：

假设G_final为日前风电外送功率，则：

其中，G_delinitial为日前火电初步可外送功率，P_initial为日前风火耦合外送初步功率，P_translimit为功率外送通道断面极限，W_final为日前风电外送功率。

优选的，S403中日前风火耦合外送功率的具体计算公式为：

假设P_final为最终风火耦合外送功率，则：

P_final＝W_final+G_final，

其中W_final为日前风电外送功率，G_final为日前风电外送功率。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，结合电网实际情况，根据日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率，得出风电与火电耦合外送优化控制方案。其具有计算简单，且预测准确的效果，对电网日前发电计划安排的具有重要的实际指导意义。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例一所述的风电与火电耦合外送优化控制方法流程图；

图2是本发明实施例一所述的火电可调峰容量计算示意图；

图3是本发明实施例一所述的日前风电初步可外送功率和日前火电初步可外送功率计算示意图；

图4是本发明实施例一所述的日前风电外送功率和日前火电外送功率计算示意图；

图5是本发明实施例二所述的某地区实际的日前风电预测曲线；

图6是本发明实施例二所述的某地区日前风电调峰需求容量曲线；

图7是本发明实施例二所述的某地区实际的日前负荷预测曲线；

图8是本发明实施例二所述的某地区日前火电调峰需求容量曲线；

图9是本发明实施例二所述的日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率曲线；

图10是本发明提实施例二所述的日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

一种风电与火电耦合外送优化控制方法，包括：

S1：基于日前风电预测，确定日前风电调峰需求容量，从而得出日前风电调峰需求容量曲线；

S2：基于日前负荷预测，确定日前火电调峰可用容量，从而得出日前火电调峰可用容量曲线；

S3：根据上述得出的日前风电调峰需求容量曲线和日前火电调峰可用容量曲线计算日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率；

S4：基于日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率以及日前风火耦合外送初步功率计算得出日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率，从而得到风电与火电耦合外送优化控制方案。

如图1所示，S1：计算日前风电调峰需求容量。

日前风电调峰需求容量是指为了满足风电调峰需求的火电容量。假设P_G.need为日前风电调峰需求容量，则

其中W_pre.max为日前风电预测最大值，W_pre.min为日前风电预测最小值，W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率。

要满足风电调峰，需要满足两个条件：1、火电调峰容量大于风电功率波动：W_pre.max-W_pre.min为日前风电波动的最大值，火电机组预留的调峰容量必须满足风电的最大波动；2、火电单位时间调节功率大于风电单位时间变化功率：如果风电变化速度快于火电机组的调节速度，即风电爬坡率大于火电爬坡率，则必须在第1点的基础上，增加火电机组的调峰容量，以使火电机组的单位时间调节功率大于风电机组的单位时间变化功率。

S2：基于日前负荷预测，确定日前火电调峰可用容量。

日前火电调峰可用容量是指可用于对风电进行调峰的火电容量，假设P_balance为日前火电调峰可用容量，则

其中P_load为日前负荷预测大小，P_G.min为火电厂的最小技术出力，P_G.max为最大技术出力，一般可认为等于装机容量。

如图2所示，当负荷较大(P_load≥P_G.min)，即负荷大于火电的最小技术出力时，火电在满足当地负荷的基础上，可用于对风电进行调峰的功率最大值为P_G.max-P_load；但是，如果负荷较小(P_load＜P_G.min)，即负荷小于火电的最小技术出力时，可用于对风电进行调峰的功率最大值便为P_G.max-P_G.min。

常规机组最小技术出力是指系统中开机机组在满足机组稳定运行的情况下所能达到的最小出力的总和；根据我国各区域电网的辅助服务管理办法，凝汽式火电机组在常规调峰的情况下，最小出力应能达到机组容量的50％-60％，在非常规调峰的情况下，应能达到机组容量的40％-50％；水电和燃气机组因其启停迅速、费用小，调峰能力可以达到100％，因此其最小技术出力为0；核电机组因经济性不参与调峰，因此其最小技术出力等于其额定容量。

S3：计算日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率。

S3包括以下步骤：

S301：计算日前风电初步可外送功率：

如图3所示，日前风电初步可外送功率是指初步确定的可用于外送的风电功率，假设W_delinitial为日前风电初步可外送功率，则

其中W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率，P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量，W_pre为日前风电预测值，可取

若火电调峰可用容量大于风电调峰需求容量(P_G.need＜P_balance)，则所有的风电均可送出，风电初步可外送功率等于日前风电预测W_pre，一般来说，日前风电预测只会给出风电预测的最大值和最小值供调度员参考，因此，日前风电预测W_pre可取为两者的平均值即若火电调峰可用容量小于风电调峰需求容量(P_G.need≥P_balance)，则产生弃风，风电不能全部外送，其初步可外送功率是由火电调峰可用容量、火电爬坡率及风电爬坡率决定的，即

S302：计算日前火电初步可外送功率：

如图3所示，日前火电初步可外送功率是指初步确定的可用于外送的火电功率，假设G_delinitial为日前火电初步可外送功率，则

其中P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量。

若日前风电调峰需求容量大于日前火电调峰可用容量(P_G.need≥P_balance)，则所有的火电机组均用于调峰，没有多余的火电送出，即火电初步可外送功率为0；若日前风电调峰需求容量小于日前火电调峰可用容量(P_G.need＜P_balance)，则除了满足调峰以外，多余的火电可以全部送出，即火电初步可外送功率为P_G.need-P_balance。

S303：计算日前风火耦合外送初步功率：

日前风火耦合外送初步功率是指初步确定的可用于外送的风电功率与火电功率之和，假设P_initial为日前风火耦合外送初步功率，则

P_initial＝W_delinitial+G_delinitial (5)，

其中W_delinitial为日前风电初步可外送功率，G_delinitial为日前火电初步可外送功率。两者相加即为日前风火耦合外送初步功率。

S4：计算日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率。

S4包括以下步骤：

S401：计算日前风电外送功率

如图4所示，日前风电外送功率是指最终确定的可用于外送的风电功率，假设W_final为日前风电外送功率，则

其中W_delinitial为日前风电初步可外送功率，P_translimit为功率外送通道断面极限。

若日前风电初步可外送功率小于功率外送通道断面极限(W_delinitial＜P_translimit)，则所有的日前风电初步可外送功率均能外送；若日前风电初步可外送功率大于功率外送通道断面极限(W_delinitial≥P_translimit)，则因为断面极限限制，将出现弃风现象：风电送出功率的上限等于断面极限，多余的风电将弃除。

S402：计算日前火电外送功率

如图4所示，日前火电外送功率是指最终确定的可用于外送的火电功率，假设G_final为日前风电外送功率，则

其中，G_delinitial为日前火电初步可外送功率，P_initial为日前风火耦合外送初步功率，P_translimit为功率外送通道断面极限，W_final为日前风电外送功率。

若日前风火耦合外送初步功率小于功率外送通道断面极限(P_initial＜P_translimit)，则所有的日前火电初步可外送功率均能外送；若日前风火耦合外送初步功率大于功率外送通道断面极限(P_initial≥P_translimit)，则因为断面极限限制，将优先送出风电，剩余的可送出空间留给火电。

S403：计算日前风火耦合外送功率

如图4所示，日前风火耦合外送功率是指最终确定的可用于外送的风电功率与火电功率之和，假设P_final为最终风火耦合外送功率，则

P_final＝W_final+G_final (8)，

其中W_final为日前风电外送功率，G_final为日前风电外送功率。两者相加即为日前风火耦合外送功率。

S404：基于日前风电外送功率、日前火电外送功率和日前风火耦合外送功率，得到风电与火电耦合外送优化控制方案。

实施例二：

下面以某区域电网为例，本发明提供的风电与火电耦合外送优化控制方法包括：

S1：某区域电网的火电装机容量、风电装机容量、风火协调外送断面极限等数据如表1所示。

陕北地区各发电数据	数值
		火电装机容量	10025MW
火电最小技术出力	5327MW
		火电爬坡率	2.50％
风电装机容量	11369MW
		风火外送断面极限	6000MW
风电最大同时率	0.6
		风电最大预测误差	20％

表1、某区域电网各发电数据。

某天日前风电预测(15分钟一个数据，全天共96个数据)如图5所示。日前风电波动的最大值可取为日前风电预测值与风电最大预测误差的乘积。火电爬坡率为2.50％，从而可得日前风电调峰需求容量曲线如图6所示。

S2：日前负荷预测曲线如图7所示，火电装机容量为10025MW，火电最小技术出力为5327MW，则可由式(2)得日前火电调峰可用容量，如图8所示。

S3：根据日前风电调峰需求容量曲线和日前火电调峰可用容量曲线，可得日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率如图9所示。

S4：根据日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率，以及风火外送断面极限为6000MW，可得日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率如图10所示。

根据图10结果，最终的新能源与火电耦合外送优化控制方案如下(分时段)：

【第一阶段：0:00-1:30】风电全部外送，火电外送出力紧密跟踪风电外送出力，两者相加等于风火外送断面功率极限。

在这个阶段，该地区负荷较小，风电出力较大，且在一直增大，导致风火协调可外送功率超过断面极限，因此降低火电出力，保证所有风电都能送出。

【第二阶段：1:30-6:15】火电只满足当地负荷及留出调峰容量，不再外送，适当弃风，保持风火协调外送功率等于其断面极限。

在这个阶段，该地区负荷较小，风电出力较大，导致风火协调可外送功率超过断面极限，即使将火电外送降至0，风电外送功率也已经超过断面极限，因此，这个阶段将会产生弃风。

【第三阶段：6:15-11:00】风电全部外送，火电外送出力紧密跟踪风电外送出力，两者相加等于风火外送断面功率极限。

在这个阶段，该地区负荷较大，风电出力迅速减小，但风火协调可外送功率仍超过断面极限，因此降低火电出力，保证所有风电都能送出。

【第四阶段：11:00-22:30】风电全部外送，火电除了满足当地负荷及留出调峰容量外，剩余的火电也全部外送。

在这个阶段，该地区负荷较大，风电出力较小，风火协调可外送功率小于外送断面极限，因此所有风电都能送出，火电除了满足当地负荷及留出调峰容量外，剩余的火电也全部外送。

【第五阶段：22:30-24:00】风电全部外送，火电外送出力紧密跟踪风电外送出力，两者相加等于风火外送断面功率极限。

在这个阶段，该地区负荷较小，风电出力较大，且在一直增大，导致风火协调可外送功率超过断面极限，因此降低火电出力，保证所有风电都能送出。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，包括：

S1：基于日前风电预测，确定日前风电调峰需求容量，从而得出日前风电调峰需求容量曲线；

S2：基于日前负荷预测，确定日前火电调峰可用容量，从而得出日前火电调峰可用容量曲线；

S3：根据上述得出的日前风电调峰需求容量曲线和日前火电调峰可用容量曲线计算日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率及日前风火耦合外送初步功率；

S4：基于日前风电初步可外送功率、日前火电初步可外送功率以及日前风火耦合外送初步功率计算得出日前风电外送功率、日前火电外送功率及日前风火耦合外送功率，从而得到风电与火电耦合外送优化控制方案；

所述S3包括以下步骤：

S301：基于S1确定的日前风电调峰需求容量和S2确定的日前火电调峰可用容量，并根据风电爬坡率、火电爬坡率以及日前风电预测值，初步确定可用于外送的风电功率，即日前风电初步可外送功率；

S302：基于S1确定的日前风电调峰需求容量和S2确定的日前火电调峰可用容量，初步确定可用于外送的火电功率,即日前火电初步可外送功率；

S303：基于S301确定的日前风电初步可外送功率和S302确定的日前火电初步可外送功率，初步确定可用于外送的风电功率与火电功率之和，即日前风火耦合外送初步功率；

所述S4包括以下步骤：

S401：基于S301确定的风电初步可外送功率，并根据风火耦合外送通道断面极限，最终确定可用于外送的风电功率，即日前风电外送功率；

S402：基于S302确定的日前火电初步可外送功率、S303确定的日前风火耦合外送初步功率和S401确定的日前风电外送功率，并根据风火耦合外送通道断面极限，最终确定可用于外送的火电功率，即日前火电外送功率；

S403：基于S401确定的日前风电外送功率和S402确定的日前火电外送功率，最终确定可用于外送的风电功率与火电功率之和，即日前风火耦合外送功率；

S404：基于日前风电外送功率、日前火电外送功率和日前风火耦合外送功率，得到风电与火电耦合外送优化控制方案。

2.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，S1中确定日前风电调峰需求容量具体为：

假设P_G.need为日前风电调峰需求容量，则：

其中W_pre.max为日前风电预测最大值，W_pre.min为日前风电预测最小值，W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率。

3.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，S2中确定日前火电调峰可用容量具体为：

假设P_balance为日前火电调峰可用容量，则：

其中P_load为日前负荷预测大小，P_G.min为火电厂的最小技术出力，P_G.max为最大技术出力。

4.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，所述S301中日前风电初步可外送功率的具体计算公式为：

假设W_delinitial为日前风电初步可外送功率，则：

其中W_Ramp为风电爬坡率，G_Ramp为火电爬坡率，P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量，W_pre为日前风电预测值，

5.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，所述S302中日前火电初步可外送功率的具体计算公式为：

假设G_delinitial为日前火电初步可外送功率，则：

其中P_balance为日前火电调峰可用容量，P_G.need为日前风电调峰需求容量。

6.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，S401中日前风电外送功率的具体计算公式为：

假设W_final为日前风电外送功率，则：

其中W_delinitial为日前风电初步可外送功率，P_translimit为功率外送通道断面极限。

7.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，S402中日前火电外送功率的具体计算公式为：

假设G_final为日前风电外送功率，则：

其中，G_delinitial为日前火电初步可外送功率，P_initial为日前风火耦合外送初步功率，P_translimit为功率外送通道断面极限，W_final为日前风电外送功率。

8.根据权利要求1所述的风电与火电耦合外送优化控制方法，其特征在于，S403中日前风火耦合外送功率的具体计算公式为：

假设P_final为最终风火耦合外送功率，则：

P_final＝W_final+G_final，

其中W_final为日前风电外送功率，G_final为日前风电外送功率。