WO2014169706A1 - 风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统安全防御技术领域中的一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法。包括：正向或者逆向调整风电出力和火电出力；分别计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标；根据调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度、元件负载程度指标和母线电压越限指标计算风电/火电付出值；当风电/火电付出值大于设定阈值，则逆向/正向调整风电出力和火电出力；当风电/火电付出值小于设定阈值，则正向/逆向调整风电出力和火电出力。本发明提供的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法，确保了风电和火电的合理出力，保障了电网的正常运行。

Description

风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法 技术领域

本发明属于电力系统安全防御技术领域， 尤其涉及一种风电和火电接入电网后的 风电打捆控制方法。

背景技术

由于我国风资源分布的特点和电网的发展现状， 我国风能资源丰富的 "三北" 地 区呈现出了大规模集中开发的特征， 且风电场通常位于电力系统的末端， 当地负荷较 低， 电网薄弱， 风电无法全部就地消纳， 需要远距离外送。 但是由于风电功率的随机 性与波动性， 导致风电外送时较为困难控制， 此外， 风电年利用小时数低， 单独远距 离传输的经济性很差， 风电输送功率的大幅波动频繁等， 这些问题都严重影响了电力 系统的安全稳定运行。

考虑到风能资源丰富的地区同时也是煤炭资源较丰富的地区， 若采取风电、 火电 "打捆" 外送， 利用风电、 火电进行协调控制， 不但可以保证 "打捆" 外送断面不超 过稳定限额， 减小线路功率波动的同时优先利用风能资源， 充分利用输电通道， 同时 也提高了系统的备用容量。 这样不仅有利于系统的安全稳定性， 而且也明显降低受端 电网的供电成本。

目前风火 "打捆"协调外送在我国已得到了广泛的应用， "打捆"控制策略也做 有大量研究， 其研究目的都主要集中在风火 "打捆" 协调外送过程中优化火电机组发 电计划、 减小线路波动功率、 提高风电消纳能力、 解决风电接入后电网热备用容量减 小问题及优化风火结构比例等方面， 而在风火协调优化控制方面缺乏研究。

发明内容

本发明的目的在于。 提供一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法， 用于 解决风电和火电并网供电存在的问题。

为了实现上述目的， 本发明提出的技术方案是， 一种风电和火电接入电网后的风 电打捆控制方法， 其特征在于所述方法包括：

歩骤 1 : 正向调整风电出力和火电出力， 或者逆向调整风电出力和火电出力； 所述正向调整风电出力和火电出力具体为降低火电出力， 提高风电出力； 所述逆向调整风电出力和火电出力具体为降低风电出力， 提高火电出力； 步骤 2 : 分别计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 、 元件负 Ί 2

载程度指标 ^£和母线电压越限指标 ^⁷ ; λ ■

步骤 3 : 根据调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 ^sl、 元件负载程 度指标 ^£和母线电压越限指标 ^计算风电 /火电付出值；

步骤 4 : 如果风电 /火电付出值大于设定阛值， 则逆向 /正向调整风电出力和火电出 力； 如果风电 /火电付出值小于设定阈值， 则正向 /逆向调整风电出力和火电出力。

所述歩骤 4之后还包括调整风电出力和火电出力后， 确定风电出力和火电出力。 所述计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 ^采用公式

调整风电出力和火电出力前后的第 ^ζ·个断面的稳定极限， i^{≤ i≤} k , 为关键断面 集合中的元素个数。 所述计算调整风电出力和火电出力后的元件负载程度指标 ^^z采用公式

l^ea ； 其中， "是系统元件集合， 即 330kV及以上电压等 级的输电线路和变压器的集合， ^是系统元件 的权重因子， 是输电线路 Z的功 率， ¹ 为输电线路 Z的功率上限值， w为防止计算时出现遮蔽现象的参数。 所述计算调整风电出力和火电出力后的母线电压越限指标 ^⁷采用公式 / 二 ΣΑ·( _Δ fⁿ ·

β ¹ ； 其中， ^是母线集合， 是第 ^ζ条母线的权 重因 子 ， ' 是第 条母线 的 电压幅值 ， ^{1 1 }} ，

¹ z ， 和 ^z 分别为第 ^z条母线的电压幅值上 限值和下限值， "为防止计算时出现遮蔽现象的参数。 所述根据电网暂态稳定裕度 ^Sl、 元件负载程度指标 ^£和母线电压越限指标

^计算风电 /火电付出值采用公式 ¹ ^ ^{2 1 3} ；其 中， ι、 及 ³为电网暂态稳定裕度、 元件负载程度指标和母线电压越限指标的

二 ¹

设定权重系数， 且 ^=ι 。

本发明提供的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法， 确保了风电和火电的 合理出力， 保障了电网的正常运行。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述， 并且， 部分地从说明书中变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过在所写的 说明书、 权利要求书、 以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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

附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的实 施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。 在附图中- 图 1是风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法流程图；

图 2是实施例提供的电网接线图。

具体实施方式

下面结合附图， 对优选实施例作详细说明。 应该强调的是， 下述说明仅仅是示例 性的， 而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例 1

图 1是风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法流程图。 如图 1所示， 本发明 提出的风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法包括：

歩骤 1 : 正向调整风电出力和火电出力， 或者逆向调整风电出力和火电出力。 正向调整风电出力和火电出力具体为降低火电出力， 提高风电出力。 逆向调整风 电出力和火电出力具体为降低风电出力， 提高火电出力。 步骤 2: 分别计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 、 元件负 载程度指标义^£和母线电压越限指标 ^¹⁷ 计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度

二

7 尸

一 0 ( 1 ) ； 其中，

关键断面集合可以根据各省电力公司 《年度运行方 p P

式》 中定义的省际间断面和省内各重要断面确定。 和 分别为正向 /逆向调整 风电出力和火电出力前后的第 ^个断面的稳定极限， ^≤ i^{≤ k} , 为关键断面集合 中的元素个数。 采用电力系统分析综合程序 （PSASP ) 进行离线计算可得调整风电出 p. p

力和火电出力前后关键断面的稳定极限 ¹和 ；'— ^G的值。 计算调整风电出力和火电出力后的元件负载程度指标 采用公式

/G" ( 2 ) ； 其中， "是系统元件集合， 即 330kV及以上电压等级的输电线路和变压器的集 合。 ^是系统元件 Z的权重因子， 其值的大小取其负载率的值。 是输电线路,的 功率， 可通过电力公司调度中心的能量管理系统 （EMS ) 直接获取数据， 离线计算时 可通过电力系统分析综合程序 （PSASP ) 进行潮流计算获得任一输电线路的功率。

为输电线路 ^L的功率上限值。输电线路 ¹的功率上限 ^{/ maX}为该输电线路元 件 的 额 定 输送 功 率 。 线 路 的 功 率 上 限 ^/maX 计算 方 法公 式 为 ：

^Slmax =^^t/o o^cos^ _? 其中 ^为该线路所处电压等级的额定电压， ⁷o为该线路 的额定输送电流， ^eQS 为功率因数， 一般取 0.95。 变压器的功率上限 ^/max为其铭 牌值。 ⁷⁷为防止计算时出现遮蔽现象的参数， 取 1 就可避免遮蔽现象发生， 同时又 满足计算速度的要求， 对越限程度差异性的描述也很贴切。 计算调整风电出力和火电出力后的母线电压越限指标 采用公式： 二

其中， 是母线集合， 即 330kV及以上电压等级的输电线路集合。 是第 ²'条 母线的权重因子， 其值为该母线的负载率的值。 ^⁷''是第 ^Z '条母线的电压幅值， 可通 过能量管理系统 （EMS) 直接获取数据， 离线计算时可通过电力系统分析综合程序

(PSASP) 进行潮流计算获得任一母线节点的电压值。 ¹ ―、 ''

，

^AU^^m =(^υί~^υ^)^/2 , ^Η和 ^分别为第 条母线的电压幅值上限值和下限 值， 一般地， 根据国家电网公司安全稳定导则规定， 母线电压幅值上限为该电压等级 额定电压的 1.1倍， 下线为其额定电压值。 为防止计算时出现遮蔽现象的参数， 取 1就可避免遮蔽现象发生， 同时又满足计算速度的要求。 步骤 3: 根据调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 元件负载程 度指标 ^L和母线电压越限指标 计算风电 /火电付出值。 根据电网暂态稳定裕度 ^si、 元件负载程度指标 和母线电压越限指标 计 算风电 /火电付出值采用公式： λ = O, ' _sl + (Or, - λ_τ + COi ' λ V. ( 4 ) 其中， ²及 ³为电网暂态稳定裕度、 元件负载程度指标和母线电压越限

指标的设定权重系数， 且 权重系数 ^^及⁶^根据电网的实际 情况确定， 一般为设定值。

歩骤 4 : 如果风电 /火电付出值大于设定阈值， 则逆向 /正向调整风电出力和火电出 力； 如果风电 /火电付出值小于设定阈值， 则正向 /逆向调整风电出力和火电出力。

在歩骤 4调整风电出力和火电出力后， 可以通过能量管理系统 （EMS ) 确定风电 出力和火电出力， 这一结果即为风电打捆控制后的风电和火电的输出功率。

实施例 2

下面以 2012 年甘肃河西地区电网作为本发明的一个实施例， 对本发明的发明内 容做进一步说明。

甘肃河西地区电网接线图如图 所示。 2012年甘肃电网风电总装机容量为 6915. 1 兆瓦， 火电总装机容量为 4500兆瓦。 甘肃 2012年 10月风电出力计划为 2800MW, 即风电出力的最大值。

确定甘肃河西电网关键断面为 750kV敦煌 -酒泉双回线断面、 750kV酒泉-河西双 回线断面及 750kV河西-武胜双回线断面， 根据 《甘肃电网 2012年运行方式》 各断面 暂态稳定极限如表 1所示。

表 1 : 关键断面暂态稳定极限表

根据甘肃河西地区电网的线路及变压器额定容量、 各 750/330kV变电站母线电压 运行要求， 计算调整风电出力和火电出力后的风电付出值， 其中， 电网暂态稳定裕度、 元件负载程度指标和母线电压越限指标的权重系数分别为： 0.4、 0.3、 0.3。 得到风电 付出值 ^ ^ MS o

风电调控措施每次 200MW , 火电调控措施每次 1 00MW。 在边界条件新疆外送 1000MW时， 河西地区风火打捆协调优化控制过程如表 2所示。 逆向调整考虑河西地 区电压调控措施， 主要为 SVC、 SVG等动态无功补偿装置的动作、 固定电容电抗器的 动作及风火电源的功率因数控制。

表 2: 河西地区风火打捆协调优化控制博弈过程

由表 2可知， 优化控制后风电出力 2500MW, 火电出力 1900MW。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替 换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应该以权利要求的 保护范围为准。

Claims

权利要求书

1 . 一种风电和火电接入电网后的风电打捆控制方法， 其特征在于所述方法包括： 步骤 1 : 给定风电出力和火电出力初始值， 在满足电网暂态稳定的情况下正向调 整风电出力和火电出力， 或者在不满足电网暂态稳定的情况下逆向调整风电出力和火 电出力； 所述正向调整风电出力和火电出力具体为降低火电出力， 提高风电出力； 所 述逆向调整风电出力和火电出力具体为降低风电出力， 提高火电出力； λ

步骤 2 : 分别计算调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 ^sl、 元件负 载程度指标 ^和母线电压越限指标 ； 步骤 3 : 根据调整风电出力和火电出力后的电网暂态稳定裕度 ^sl、 元件负载程 度指标 和母线电压越限指标 "计算风电 /火电付出值；

步骤 4 : 如果风电 /火电付出值大于设定阈值， 则逆向调整风电出力和火电出力； 如果风电 /火电付出值小于设定阈值， 则正向调整风电出力和火电出力。

2. 根据权利要求 1所述的控制方法，其特征在于所述歩骤 4之后还包括调整风电 出力和火电出力后， 确定风电出力和火电出力。

3. 根据权利要求 1或 2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电出力和火

电出力后的电网暂态稳定裕度

为

P p . 关键断面集合， '一¹和 '—ο分别为正向 /逆向调整风电出力和火电出力前后的第 ¹ 断面的稳定极限， l^{≤ i≤ k}， 为关键断面集合中的元素个数

4. 根据权利要求 1或 2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电出力和火

. 二∑A(W ²" 电出力后的元件负载程度指标 ^采用公式 ； 其中， "是系统元件集合，即 330kV及以上电压等级的输电线路和变压器的集合， 是系统元件 Z的权重因子， ^Z是输电线路 Z的功率， ¹ 为输电线路 Z的功率上 限值， ⁿ为防止计算时出现遮蔽现象的参数。

5. 根据权利要求 1或 2所述的控制方法，其特征在于所述计算调整风电出力和火

SP

u:—u In U W I、 r r -Ullrn

电出力后的母线电压越限指标 ^⁷采用公式 ^{β i} ；其中， 是母线集合， 是第 ^ζ·条母线的权重因子， 是第 ^ζ·条母线的电压幅值，

' 分别为第 条母线的电压幅值上限值和下限值， W为防止计算时出现遮蔽现象 的参数。

6. 根据权利要求 1或 2所述的控制方法，其特征在于所述根据电网暂态稳定裕度 、 元件负载程度指标 ^£和母线电压越限指标 〃计算风电 /火电付出值采用公式 二 ^ . ₊ . ^ _{+ 3} .^ _; 其中， ω 及 为电网暂态稳定

裕度、 元件负载程度指标和母线电压越限指标的设定权重系数， 且 ^ί=1 。