考虑时空相关性的多风电场出力场景生成与评价方法

含多个风电场的场景生成技术可为电力系统中长期规划和运行提供所需基础数据。为在场景生成过程中计入多风电场风电出力的时空相关性,提出两阶段场景生成方法：在第一阶段,采用Copula函数对多个风电场出力的空间相关性建模,获得多风电场出力的初始场景;在第二阶段,运用随机微分方程对风电场出力波动随机性建模,通过重构初始风电出力场景,使得最终获得的场景中风电序列较好地保留原始序列的时间相关性。为评估生成场景的有效性,构建场景有效性评价指标体系;引入多重分形去趋势波动分析方法,提供刻画风电序列的自相关特性和动态波动特性的多维度指标。以某区域风电场为例,生成风电季度出力场景,结果表明所提方法能够复现原始风电序列的时空相关性。     

同一控制区两级调度风电实时协调控制策略

新能源场站普遍存在点多面广、单场容量相对较小的特点,因此部分电网虽按同一控制区运行,但选择将新能源场站控制权下放,形成风电资源两级控制现状。为协调常规能源与风电运行,最大程度消纳风电,通过将下级调度风电整体等效为上级调度的自动发电控制(AGC)虚拟机组,提出同一控制区两级调度风电实时协调控制架构,并投入实际运行。上级调度根据电网当前运行状态、负荷超短期预测和风电实际出力及预测,每5min滚动计算得到电网内各个下级调度的风电发电指标,经余缺调剂后,下发给下级调度风电AGC执行。在大风季、供暖期的运行结果表明,采用所述的两级调度实时协调控制方案后,达到了京津唐地区风电增发的效果。     

计及柔性负荷的高比例风光渗透下配电网孤岛划分策略

分布式电源的渗透率逐步提高,为配电网的供电恢复带来了新的方案,利用分布式电源进行孤岛划分可以在停电故障后迅速恢复供电以减小损失。然而在故障后孤岛划分时分布式电源的出力通常采用预测数据,由于风电和光伏等间歇电源的出力具有不确定性,为了确保能稳定、可靠的供电,因此有必要考虑风电和光伏作电源时的备用需求。首先建立考虑风电和光伏不确定性的预测误差模型,采用机会约束规划处理模型中的随机变量并得到各孤岛的备用需求。在孤岛划分阶段,首先得到最大供电范围,通过粒子群遗传混合算法充分发挥柔性负荷的调控能力,使得得到的孤岛结果最优。最后,以修改后的IEEE33节点配电系统为例,对所提出的模型和方法进行了验证。     

风电波动成本分摊方法

由于不同风电场出力之间可能存在平滑效应,含多风电场系统总风电波动成本并不等于各风电场单独并网波动成本之和,这给总风电波动成本在各风电场之间的合理分摊带来困难。提出基于波形相似性理论的风电波动成本分摊方法。在“同一系统中,所有参与并网发电的风电场运营商都应承担跟踪负荷波动的任务”的前提下,对各风电场出力进行等电量顺负荷等效变换,并以等效变换曲线作为风电波动成本分摊系数计算的基准;用波形相似性方法度量风电场实际出力曲线和等效出力曲线的波动整体性差异,兼顾风电场装机容量的影响,确定各风电场因未能有效跟踪负荷波动而应承担的风电波动成本份额。算例结果验证了所提方法的有效性。     

变速风力发电机组的变桨控制及载荷优化

针对额定风速以上,如何抑制变速风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动以及机组载荷等控制技术问题进行研究。在研究了传统变桨控制的基础上,提出基于风扰动的前馈补偿控制与传统PID反馈信号相结合的变桨控制策略。通过MATLAB环境下进行仿真研究,结果表明:桨控制策略能够快速使风力机的输出转矩保持在额定转矩附近,减小风机转速波动以及风电机组传动链扭振,从而降低风电机组承受的气动载荷使得系统运行更加平稳。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

基于组合预测的风电场风速及风电机功率预测

风电场风速及风电机功率预测的准确性对接入风电场的电力系统运行有重要意义.文中提出一种基于相似性样本的多层前馈(BP)神经网络风速预测方法,利用风速季节性周期变化的特点提高风速预测的准确性;结合时间序列分析与灰色预测方法研究了应用组合预测方法进行风电场风速预测,并在风速预测的基础上讨论了风电机功率预测.通过对国内某地区的实测风速数据分析,验证了该预测方法能够提高风速预测的准确性,具有较大的实用价值.     

考虑系统调峰特性的风光消纳优化

由于风电和光伏发电受自然因素的影响较大,其出力具有随机性和波动性,将对系统的调峰能力造成严重影响。该文首先针对风电自身的出力特性,从系统调峰能力的角度对区域电网可以接纳的风电容量进行评估;然后根据风电和光伏发电在时间尺度上存在的互补性,建立以系统失负荷率最低和弃风、光率最小为目标的优化模型,利用改进惯性权重的粒子群算法对模型进行求解,得到最优的风电和光伏发电出力。最后,利用实际区域电网风电、光伏发电以及负荷的历史数据对该文所提方法的有效性进行验证,结果表明采用风光互补优化策略对风电和光伏发电的输出功率进行优化后,系统出力波动有所降低且消纳能力有明显提升。     

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system, ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge, SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。     

电池储能系统用于风电功率部分“削峰填谷”控制及容量配置

为缩减风电输出功率小时级的峰谷差,减小风电功率间歇性、波动性对规模化风电并网带来的不利影响,基于风电功率短期预测技术的小时级风电功率输出指令,提出风电功率部分“削峰填谷”控制策略,利用电池储能系统（battery energy storage system,BESS）缩减小时级尺度的风电功率峰谷差,并在各时间窗口内将风储合成出力的风电功率波动限制在一定的带宽范围以内;提出基于正态分布的储能功率计算方法,基于电池储能系统优化控制策略,分析电池储能系统实现部分“削峰填谷”控制策略与储能容量之间的关系。仿真实验结果验证该控制策略下储能容量配置的正确性与可行性。     

A method of estimating the output fluctuation of many photovoltaic power generation systems dispersed in a wide area

The largest output fluctuation is an index used to quantify the disturbance of a power grid caused by wind power plants and photovoltaic power generation systems connected to it. In order to develop its estimation method, we investigate the relationship between the largest output fluctuation and the standard deviation of a newly proposed random variable generated by differencing the output variation of photovoltaic power generation systems. Output fluctuation coefficients are defined and estimated using measured data of photovoltaic power generation systems located at 52 places. An approximation equation is presented to predict geographical correlations between the proposed random variables for photovoltaic power systems by using the distances between their locations. Finally, it is shown that the largest output fluctuation of many photovoltaic power generation systems dispersed in a wide area is predictable by using the output fluctuation coefficients and the equation approximating the geographical correlations of output fluctuations. ©2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(4): 9–19, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20723     

基于功率系数的风电上网电价研究

针对风电场不稳定输出功率接入电网引起的稳定性问题,提出一种基于修正标杆电价和功率系数的风电上网电价规定与制度方法。首先将电价、等效满负荷小时数作为可变参数,以内部收益率作为目标函数,联合敏感性分析,修正现行标杆电价;其次,在限定1 min和10 min内风电并网功率波动最大变化率下,设计可反映并网功率平滑度和实时功率预测准确性的评价指标,建立基于功率系数的定价模型。通过算例分析,验证了所提出方法的有效性和灵活性。     

基于风光水火多能互补的电力系统经济调度

为解决大规模间歇性能源的不确定性和波动性给电网的发电计划制定和调度带来的问题,针对风电、光伏等的出力波动性强和电网负荷波动明显,提出了风光蓄一体化出力的调度策略,定义了广义负荷的概念,利用抽水蓄能的灵活可调度性空间平移间歇性能源的出力,平滑广义负荷曲线,平抑波动。建模引入风光蓄多种能源出力最大和广义负荷波动最小的多目标函数,并运用改进的粒子群算法求解。算例分析结果表明:该策略不仅能起到提高间歇性能源的利用率和削峰填谷的效果,还可以减少火电机组启停次数,降低火电经济成本。     

A Stochastic Programming to Volt/VAR/Total Harmonic Distortion Control in Distribution Networks Including Wind Turbines

Abstract—This article presents a stochastic methodology for volt/VAR/total harmonic distortion control to reduce power losses while satisfying the main recommended power quality standards and optimizing dispatch schedules for the switchable shunt capacitor and on-load tap-changer in distribution networks. The main aim is to find proper dispatch schedules for on-load tap-changer tap positions, substation capacitors, and along feeder capacitors. For this purpose, distribution network uncertainties, including load demand and wind power generation, are considered to provide a robust control scheme. A new scenario reduction method based on the highest potential cluster center is used to decrease the huge number of probable states. A new scenario-based probabilistic time-interval division framework, over a 24-hr period on both load curve and wind power output, is introduced to reduce effects of forecast plan uncertainty and switching operations in the on-load tap-changer. A genetic algorithm solution method is applied to find the best solution corresponding to various scenarios. To improve search ability, a method guaranteeing the suppression of maximum allowable daily substation capacitors switching and effectively correcting the convergence process is utilized. The proposed stochastic approach is tested on an IEEE 123-bus distribution network containing a number of non-linear loads and wind energy generation systems.     

基于灵活性裕度的含风电电力系统源荷储协调滚动调度

新能源渗透率提高增加了电力系统调度运行难度,电力系统灵活性不足严重影响了新能源消纳和电网安全运行。从灵活性资源出力特性和灵活性供给能力角度入手,基于电力系统灵活性裕度指标,以最大抽蓄调峰效益、最大风电消纳电量、最小机组运行成本和最小可中断负荷调用成本为目标,计及电力系统运行约束,建立源荷储多种灵活性资源统一协调滚动调度模型。基于协调调度思想,优化日前每个调度时段各灵活性资源出力,然后利用日内超短期风电预测数据,滚动修正各灵活性资源出力状态。最后通过算例验证了模型及其调度方法的有效性和可行性。     

基于EMD与模型预测控制算法的风电功率平抑

随着能源短缺问题日益突出,可再生能源得到了广泛开发和利用。风、光等可再生能源受自然环境非均匀性和非稳态性影响,其输出功率也呈现很强的时变性,并入电网后会产生系统的电压和频率波动等一系列电能质量问题。储能系统可以作为能量缓冲装置,平抑可再生能源输出功率,以达到并网标准。提出用混合储能系统平抑可再生能源发电波动的方法,并给出了能量分配方式及储能充放电控制方法。最后,用某风电场的实际数据为例,以蓄电池和超级电容储能构成的混合储能系统平抑风电波动,仿真结果证明,所提方法的技术合理性和经济实用性。     

基于事件驱动的含风电互联电网负荷频率鲁棒控制

风电输出功率具有强随机性和波动性的特点,因此风电高占比带来的输入电能波动给多区负荷频率控制带来更大挑战。计及风功率预测误差对负荷频率控制的影响,且考虑到未来开放式通信环境对区域控制误差信号传输的影响,文中提出了一种基于事件驱动通信下的鲁棒负荷频率控制策略,以保证含风电电力系统频率稳定性的同时尽可能地减少网络通信传输量。以典型含风电的两区域负荷频率控制为例进行了仿真研究,仿真结果表明,文中所提出的基于事件驱动通信的鲁棒控制器相对于常规比例—积分控制器而言,不仅能够有效保证风功率波动下的频率输出的l2增益性能,还能减少系统平稳态的通信次数,具有良好的频率控制性能。     

风电并网后对华北电网调峰的影响

风电并入电网给系统的调峰带来很大影响,风电特有的随机性、波动性等特性影响着系统的稳定运行。文章针对风电并网后对电网调峰的影响问题,以华北电网的实测数据为分析对象,直观显示了风电出力在不同时段的波动特性。对比分析了风电的月、日出力特性与华北电网的负荷特性之间的关系,讨论了风电并网后对华北电网调峰的影响,得到了风力发电给电网调峰带来负面影响的关键月份。论文成果对于风电并网参与调峰提供了参考。     

风电场并网对孤网高频切机的影响研究

针对风电机组的有功输出随风速具有随机性和波动性的特点,以及风电场并网带来的安全控制装置配合问题,分析了风电场对孤网系统高频切机和低频减载装置动作情况的影响。通过对实际系统的仿真分析,研究了故障后有风电场运行的孤网系统暂态过程和安全控制装置动作情况。结果表明风电接入电网后,风电机组出力的波动不可避免地影响了切机措施的效果,系统原有的高频切机装置需要进行适当的调整;提出的思路和改进方法对含风电场的电网安全稳定控制措施的配置具有重要的参考价值。     

大规模风电接入系统的备用优化分配研究

计及风电功率预测误差和负荷预测误差,定义3类发电负荷曲线以及对应的系统变量,考虑因不确定性波动导致发电机组增减出力后的系统安全约束,构建含风电系统节能调度的最优备用分配模型。以IEEE-RTS24系统为例,通过与常规含风电系统节能调度计算结果比较,证明了所建模型的有效性,并分析了在不同目标函数权重下,发电机组功率分配和备用分配对系统耗煤量的影响。