CN110661285A - 一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，其特征在于，包括：收集目标电网的相关数据，建立目标电网的仿真模型，并确定目标电网各典型运行方式与计算条件；根据目标电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案；检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行要求；计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置，该方法简洁、快速的同时，保证了电网旋备容量优化的仿真计算精度，并兼顾了电网稳定运行的实际限制，为电力系统运行和规划人员提供了实际性的指导建议，有助于提高电力系统运行的安全性和稳定性。

Description

一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法

技术领域

本申请涉及电力系统安全稳定与控制领域，具体涉及一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法。

背景技术

进入21世纪以来，我国正处于现在化建设的快速发展时期，能源需求呈现出刚性的增长特征，但与此同时，受到生态环境、开发条件、资源储量等诸多因素的影响，我国未来的常规能源供应远低于潜在需求，并且节能减排压力巨大。随着全球能源互联网战略构想的提出，国家大气污染防治行动计划的“四交四直”特高压工程全面启动，国家能源发展面临重大战略转型，电网迎来新的发展机遇。以清洁能源为主导、以电为中心的能源新格局的构建，加快推动区域电网迈进特高压、大电网、高比例清洁能源时代。

清洁能源的大幅上升，电网特性将发生较大改变，对电网运行技术水平提出了新的要求。一方面，大规模的新能源并网客观上导致大量常规机组被迫调停，系统有效转动惯量下降，系统调节能力下降；另一方面，随着新能源规模增大，新能源发电的随机性与不确定性对电网的影响进一步加剧，电网频率特性呈现恶化趋势，部分地区弃风弃光现象明显。大规模新能源并网引起的频率稳定问题已成为诸多电网面临的重大风险之一。

综上所述，为保障在新能源接入后的电网安全稳定运行，研究电网在清洁能源接入后的频率特性尤为重要。目前已有的涉及电网新能源接入后一次调频旋转备用容量配置的可行性方法，多局限于理论分析与推导，且计算过程较为繁琐，研究成果在实用性上有所欠缺。

发明内容

本申请提供一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，用于解决目前已有的涉及电网新能源接入后一次调频旋转备用容量配置的可行性方法，计算过程较为繁琐，研究成果在实用性上有所欠缺的问题。

本申请提供一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，其特征在于，包括：

收集目标电网的相关数据，建立目标电网的仿真模型，并确定目标电网各典型运行方式与计算条件；

根据目标电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案；

检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行要求；

计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。

优选的，所述目标电网的相关数据，包括：

网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数。

优选的，所述目标电网的仿真模型，包括：

目标电网的BPA潮流模型、稳态模型。

优选的，所述确定目标电网各典型运行方式与计算条件，包括：

确定目标电网各典型运行方式；

确定各典型运行方式下的参考事件与目标频率；

确定各典型运行方式下的渗透率区间。

优选的，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案，包括：

选取目标电网的某一典型运行方式，及该运行方式下某一渗透率；

以参考事件所造成的功率缺额为旋转备用容量初始值，以参考事件为故障进行目标电网暂态仿真，获取故障后目标电网暂态最低点频率；

判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若满足所述要求，则选取目标电网的另一典型运行方式；若不满足所述要求，则执行下面的步骤；

根据目标电网暂态频率最低点的值改变旋转备用配置容量，并判断旋转配置容量是否大于所述典型运行方式下旋转备用可留取容量极限；若没有越限，则对目标电网进行暂态仿真，以及继续判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若越限，确定当前目标电网运行方式不符合电网运行要求。

优选的，所述检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行运行要求，包括：

调整后目标电网数据若满足安全稳定运行要求，则继续执行下面的步骤；若不满足，则在保证目标电网符合安全稳定运行要求的条件下，重新分配旋转备用容量在电网中的分布。

优选的，所述计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置，包括：

对目标电网典型运行方式的计算结果进行整理优化，并进行曲线拟合，计算裕度曲线；

计算保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。

本申请提供一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，通过收集目标电网的实际数据及规划数据，随后在BPA仿真软件中搭建基于实际数据的仿真模型；并依据电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定电网的典型运行方式及参考事件(功率缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)；计算不同清洁能源渗透率下满足目标频率要求的一次调频旋转备用容量配置方案；并兼顾了电网安全稳定运行限制，考虑了电网稳态潮流分布、热稳极限、实际机组出力特性、以及电网暂态稳定性等限制，保证了计算结果的可靠性；最后，整理提炼计算结果，计算得到保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。该方法简洁、快速的同时，保证了电网旋备容量优化的仿真计算精度，并兼顾了电网稳定运行的实际限制，为电力系统运行和规划人员提供了实际性的指导建议，有助于提高电力系统运行的安全性和稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法的流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置的详细操作步骤流程图；

图3是本申请实施例涉及的某100千伏目标电网示意图；

图4是本申请实施例涉及的低负荷拟合曲线图；

图5是本申请实施例涉及的低负荷拟合残差图；

图6是本申请实施例涉及的低负荷裕度曲线图；

图7是本申请实施例涉及的高负荷拟合曲线图；

图8是本申请实施例涉及的高负荷拟合残差图；

图9是本申请实施例涉及的高负荷裕度曲线图；

图10是本申请实施例涉及的目标电网配置方案图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

图1为本申请实施例提供的一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法的流程示意图。该方法包括如下步骤：

步骤S101，收集目标电网的相关数据，建立目标电网的仿真模型，并确定目标电网各典型运行方式与计算条件。

本步骤可以通过下面的几个分步骤实现：

步骤1-1：调研目标电网的现状及规划资料，收集目标电网的相关数据，包括：网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数等；

步骤1-2：搭建目标电网的BPA潮流模型、稳态模型；

步骤1-3：确定目标电网各典型运行方式、确定各典型运行方式下的参考事件上(功能缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)、确定各典型运行方式下的渗透率区间。

步骤S102，根据目标电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案。

本步骤可以通过下面的几个分步骤实现：

步骤2-1：选取目标电网的某一典型运行方式；

步骤2-2：选取该运行方式下某一渗透率；

步骤2-3：以参考事件所造成的功率缺额为旋转备用容量初始值，以参考事件为故障进行目标电网暂态仿真，观察故障后目标电网暂态最低步骤，以获取故障后目标电网暂态最低点频率；

步骤2-4：判断判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若满足所述要求，则转向步骤3-1，选取目标电网的另一典型运行方式；若不满足所述要求，则执行下面的步骤；

步骤2-5：根据目标电网暂态频率最低点的值改变旋转备用配置容量，并判断旋转配置容量是否大于所述典型运行方式下旋转备用可留取容量极限；若没有越限，则对目标电网进行暂态仿真，以及继续判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若越限，则转向步骤3-5，确定当前目标电网运行方式不符合电网运行要求。

步骤S103，检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行要求。

调整后目标电网数据若满足安全稳定运行要求，则继续执行下面的步骤；若不满足，则在保证目标电网符合安全稳定运行要求的条件下，重新分配旋转备用容量在电网中的分布。具体的，包括：

步骤3-1：校验调整后的目标电网数据，检验目标电网潮流分布是否合理？检验实际调频机组出力特性是否满足要求？检验目标电网传输线路、主变等功率是否存在越限危险？检验目标电网电压及暂态稳定性是否满足要求？若满足，转向步骤3-2；若不满足，转向步骤3-4；

步骤3-2：操作是否遍历该运行方式下所有渗透率，若遍历，转向步骤3-3；若未遍历，转向步骤2-2；

步骤3-3：操作是否遍历目标电网所有典型运行方式，若遍历，转向步骤4-1；若未遍历，转向步骤2-1；

步骤3-4：在保证目标电网符合步骤3-1中限制要求的情况下，重新分配旋转备用容量在目标电网中的分布，若存在合理方案，转向步骤3-2；若不存在合理方案，转向步骤3-5。

步骤3-5：当前电网运行方式不符合电网运行要求，建议更改当前电网运行方式后再进行操作,转向步骤3-2。

步骤S104，计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。

步骤4-1：对典型运行方式的计算结果进行整理优化，并进行曲线拟合，计算裕度曲线；

步骤4-2：计算保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域。

下面以具体的目标电网为例，对申请提供的方法进行举例说明，同时结合图2提供的详细操作步骤。图3为所提供的某100千伏目标电网示意图，该目标电网包含31个100千伏变电站、10个具有100千伏母线的发电厂(其中BUS-30为平衡机节点，装机容量为200MW，其余发电厂单台发电机装机容量为160MW)、4个风力发电厂(BUS-FD)和2条直流输电馈入线路。本次算例将以该100千伏目标电网为例，在该电网两种极端负荷水平下运用所述方法对目标电网针对不同新能源与直流总渗透率(35％-59％)进行一次调频旋转备用容量配置方案研究。

目标电网在低负荷水平时总发电量为4500MW，其中风力发电并网容量约为675MW，占比15％；直流馈入容量约为900MW，占比20％。设置功率缺额250MW为参考事件，暂态频率最低值49HZ为目标频率，最大旋转备用容量≤12％，对电网进行探索：

调整次数	旋备容量	暂态频率最低值	传统调频机组数目
				1	250MW	47.8HZ	19
2	275MW	48.51HZ	19
				3	300MW	48.8HZ	19
4	325MW	48.97HZ	19
				5	330MW	49HZ	19

同理，运用相同本文所述方法，保持参考事件与目标频率不变，通过提高电网风电并网容量以提高电网渗透率模拟更大规模新能源并网情况，进而研究目标电网在大规模新能源并网高渗透率时的暂态频率特性，其结果如下：

目标电网总渗透率	旋备容量	暂态频率最低值	传统调频机组数目
				38％	331MW	49HZ	19
41％	342.5MW	49HZ	18
				44％	357MW	49HZ	17
47％	374.5MW	49HZ	16
				50％	400MW	49HZ	15
53％	403MW	49HZ	15
				56％	450MW	49HZ	14
59％	455MW	49HZ	14

电网在调整后的稳态、暂态稳定性限制均符合电网要求。

由结果可知，大规模的新能源并网电网导致了常规机组被迫调停，系统有效转动惯量下降，系统调节能力下降。上述过程针对目标电网在低负荷水平、总渗透率在35％-59％区间时的暂态频率特性进行了探索，研究了在所述条件下满足该典型运行方式目标频率要求的一次调频旋转备用容量配置方案。同理，运用相同所述方法可对该目标电网高负荷水平时且电网总渗透率处在相同区间的暂态频率特性进行探索：

目标电网在高负荷水平时总发电量为6000MW，其中风力发电并网容量约为900MW，占比15％；直流馈入容量约为1200MW，占比20％。相同地，设置功率缺额250MW为参考事件，暂态频率最低值49HZ为目标频率，最大旋转备用容量≤12％，逐步提高风电并网容量，其结果为：

目标电网总渗透率	旋备容量	暂态频率最低值	传统调频机组数目
				35％	287.5MW	49HZ	26
38％	291MW	49HZ	25
				41％	295MW	49HZ	24
44％	300.5MW	49HZ	23
				47％	306.5MW	49HZ	22
50％	321.5MW	49HZ	20
				53％	332MW	49HZ	19
56％	344.5MW	49HZ	18
				59％	357MW	49HZ	17

电网在调整后的稳态、暂态稳定性限制均符合电网要求。

由结果可知，相比于电网低负荷水平，电网在高负荷水平时由于负荷水平的提高、开机数目的增加，增强了系统的频率稳定性，在相同的总渗透率以及参考事件、目标频率条件下，电网在高负荷水平时所需的一次调频旋转备用容量有所减少。

更多地，可将本次计算结果进行进一步处理，以自设函数模型曲线拟合为例，对目标电网低负荷数据进行拟合，低负荷拟合曲线如图4所示，低负荷拟合残差如图5所示。低负荷拟合结果如下：

拟合方程	f(x)＝97.18*5.785^(1.296*x)+1.819*x^-3.019+82.88*x^3+64.67
		SSE(和方差)	413.2
RMSE(均方根)	14.37
		R-square(确定系数)	0.9774

由拟合结果可知，由于电网在低负荷水平时频率稳定性较差，旋备留取容量波动较大，导致拟合结果具有一定的误差，但曲线在一定程度上仍反映了旋备变化的整体趋势。进一步地，为确保电网的安全稳定运行，提出5％裕度曲线，如图6所示，裕度曲线已可基本地包络电网在渗透率35％-59％区间内的运行情况。

同理，可对目标电网高负荷数据进行拟合，其高负荷拟合曲线如图7所示，高负荷拟合残差如图8所示。高负荷拟合结果如下：

拟合方程	f(x)＝85.64*7.439^(0.9893*x)+10.03*x^-1.766+26.82*x^3+50.89
		SSE(和方差)	17.79
RMSE(均方根)	2.983
		R-square(确定系数)	0.9964

由拟合结果可知，由于电网在高负荷水平时具有较强的频率稳定性，旋备留取容量变化较为缓和，拟合结果具有较高的准确性，误差较小，较好地反映了高负荷时旋备变化的趋势，高负荷裕度曲线如图9所示。

最后，如图10提供的目标电网配置方案图所示，两条极端运行方式拟合曲线所包络的运行点即为该目标电网各典型运行方式下保障频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，可为电力系统运行和规划人员提供一定程度的指导与建议。

本申请提供一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，通过收集目标电网的实际数据及规划数据，随后在BPA仿真软件中搭建基于实际数据的仿真模型；并依据电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定电网的典型运行方式及参考事件(功率缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)；计算不同清洁能源渗透率下满足目标频率要求的一次调频旋转备用容量配置方案；并兼顾了电网安全稳定运行限制，考虑了电网稳态潮流分布、热稳极限、实际机组出力特性、以及电网暂态稳定性等限制，保证了计算结果的可靠性；最后，整理提炼计算结果，计算得到保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。该方法简洁、快速的同时，保证了电网旋备容量优化的仿真计算精度，并兼顾了电网稳定运行的实际限制，为电力系统运行和规划人员提供了实际性的指导建议，有助于提高电力系统运行的安全性和稳定性。

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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置方法，其特征在于，包括：

收集目标电网的相关数据，建立目标电网的仿真模型，并确定目标电网各典型运行方式与计算条件；

根据目标电网实际运行情况与安全稳定运行要求，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案；

检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行要求；

计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标电网的相关数据，包括：

网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标电网的仿真模型，包括：

目标电网的BPA潮流模型、稳态模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定目标电网各典型运行方式与计算条件，包括：

确定目标电网各典型运行方式；

确定各典型运行方式下的参考事件与目标频率；

确定各典型运行方式下的渗透率区间。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案，包括：

选取目标电网的某一典型运行方式，及该运行方式下某一渗透率；

以参考事件所造成的功率缺额为旋转备用容量初始值，以参考事件为故障进行目标电网暂态仿真，获取故障后目标电网暂态最低点频率；

判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若满足所述要求，则选取目标电网的另一典型运行方式；若不满足所述要求，则执行下面的步骤；

根据目标电网暂态频率最低点的值改变旋转备用配置容量，并判断旋转配置容量是否大于所述典型运行方式下旋转备用可留取容量极限；若没有越限，则对目标电网进行暂态仿真，以及继续判断目标电网暂态频率最低点是否满足目标频率的要求；若越限，确定当前目标电网运行方式不符合电网运行要求。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检验调整后目标电网数据是否满足安全稳定运行运行要求，包括：

调整后目标电网数据若满足安全稳定运行要求，则继续执行下面的步骤；若不满足，则在保证目标电网符合安全稳定运行要求的条件下，重新分配旋转备用容量在电网中的分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置，包括：

对目标电网典型运行方式的计算结果进行整理优化，并进行曲线拟合，计算裕度曲线；

计算保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，以确定新能源并网后一次调频旋转备用容量的配置。

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