多时空尺度协调的风电集群有功分层预测控制方法

大规模风电集群内风电场数量众多,分布范围广,提高风电集群有功控制能力十分关键。为此,该文基于模型预测控制理论,提出一种考虑多时空尺度协调的风电集群有功分层预测控制方法。该方法将风电集群在空间尺度上分为三层控制层,将超短期风电功率预测值在时间尺度上逐层细化,并对各层滚动优化环节进行了优化建模。其中,在预测模型环节采用物理方法和统计方法结合的组合预测模型,在反馈校正环节采用基于误差波动性分析的方法。在区域层内以功率变化趋势与风电场运行状态为信息进行动态分群,在单场层内考虑风电集群送出通道利用率与自动发电控制机组下旋转备用空间以促进风电消纳。仿真分析中通过与常用有功分配方法对比,结果表明文中所提方法在保证系统安全运行和满足集群计划的同时,能够提高风电消纳能力,合理利用风能资源和分配集群内风电功率。     

考虑风机排序的风电集群分层有功控制策略

随着我国风电的迅速发展,风电场有功调控趋于集群化。为合理调控风电集群有功功率、提高风电消纳量、减少风电机组调控次数,文中提出考虑风机排序控制的风电集群分层有功控制策略。根据风电场所在区域不同并结合超短期风电功率预测,将风电集群分为场群层、风电场层、机组层3个控制层。场群层和风电场层通过不同时间尺度的滚动优化提高风电消纳量;机组层通过选取影响风机调控能力的评价指标,结合熵值法与隶属度函数,计算并排序各机组调控能力评分,通过机组的排序控制减少风机调控次数。基于GAMS及Matlab平台对山西电网实际风电场数据进行分析,结果表明所提控制策略在提高风电消纳量的同时减少了风机调控次数。     

风电集群有功功率控制及其策略

鉴于大规模风电并网的集中控制和精细化调度要求,文中基于区域有功功率分层调度思想,设计了风电调度中心站—风电集群控制主站—风电场控制执行站3层体系架构的风电集群有功功率控制系统,并给出风电集群控制主站和各场站间控制接口的设计方案。继而考虑风电场、分散接入风电机组的调节性能差异,针对运行实际需求提出一套面向集群控制主站的有功功率控制策略,实现风电场有功控制模式的在线决策和相应模式下的有功功率指令值的在线快速计算,并验证了控制策略的有效性。所建系统可实现风电集群内风电场、分散机组的统一调度与监控,并且在充分利用电网接纳风电能力的同时提高集群运行的经济性,有效解决目前风电分散控制导致的资源浪费、协调困难等问题。     

基于误差前馈预测的多时空尺度风电集群有功功率分层控制策略

随着风电渗透率的提高,风电场存在的可预测性和可调度性差等问题已经凸显。针对上述因素导致风电消纳水平降低的问题,文章提出结合误差前馈预测的风电集群有功功率分层控制策略。首先,提出考虑风电变化趋势的误差前馈模型,将其与小波包分解和持续法模型相结合组成超短期功率预测模型,并根据历史数据的训练情况赋予误差前馈限值。其次,基于此预测模型提出一种多时空尺度的有功功率分层控制策略,该策略在已有调度指令的前提下,通过将控制层分为集群层、场群层和子场层,实现对各风电场的协调控制。最后,基于东北某风电基地的实际运行数据通过MATLAB和CPLEX进行仿真分析,结果证明所提方法改善了风电消纳水平和风电场储能协调出力。     

基于集群风电虚拟机组的源端系统分层协调日前计划

在高风电渗透率系统中,单个风电场以"负负荷"形式参与日前计划的传统模式未能充分发挥风电的空间平滑性特性,可调度性较低,而且风电场数量众多也增加了日前计划模型复杂度。文中提出将集群风电作为虚拟机组参与分层协调日前计划的新思路,集群风电虚拟机组(WVPG)对调度中心以"准常规电源"形式参与日前计划,对集群内部则实现多风电场互济运行。首先介绍了基于WVPG的日前分层协调发电计划的总体框架;然后分别介绍了WVPG内部多风电场、WVPG与火电机组的日前协调发电计划优化模型。仿真算例分析表明,分层协调日前发电计划模型比单个风电场直接参与日前计划策略更佳,可提高含风电系统日前计划的安全性和经济性指标;与传统的简单区间和场景模型相比,考虑WVPG安全性和经济性综合风险的概率优化模型可降低风电日前计划的安全性和经济性风险。     

风火打捆送出系统稳定特性研究和运行策略优化

为解决粤西海上风电集群与火电打捆送出的同步稳定问题,首先研究了风火打捆送出系统的同步稳定特性和影响因素,然后提出了提高风火打捆送出系统风电渗透率和同步稳定特性好的风电机组优先发电的运行方式优化策略。最后构建了风电场集群整体硬件在环接入的实时仿真系统进行验证,仿真结果表明所提出的同步稳定性提升策略可以提高风火打捆送出系统稳定极限,有力提升了风电并网消纳率和电网安全稳定水平。     

基于电源灵活性裕度的含风电电力系统多源协调调度方法

多种类型电源协调互济是平抑风电随机波动、提高风电接纳能力的有效手段。从电源灵活性供需平衡的角度提出了电源上调和下调灵活性裕度指标,以优化分配有限的灵活性资源来应对大规模风电接入后带来的不利影响,并以此为约束构建了污染物排放总量最小的风水气火多源协调优化模型。基于分层求解的思想,将模型分解为风电、水电、气电、火电4个优化调度层,并提出了集成变尺度优化方法、改进的日启停调峰运行方法和耦合启发式机组组合的改进粒子群优化算法的总体求解框架,实现了多种电源的分层优化协调。某省级电网短期调度的模拟运行结果表明,该方法在保证风电完全消纳的同时,有效降低了系统的备用冗余和污染物排放水平。     

高渗透联网风电集群有功分层递阶控制策略

风电随机性、难预测性以及低可控性,导致大型风电基地各风场之间及风场内部无法有效执行调度指令。为保证电网安全稳定运行,通常会限制风电出力,进而导致弃风限电的问题。结合分层递阶思想,提出一种适用于多个接入点的风电场群有功控制策略。该策略在已有调度指令的基础上,通过协调各风电场间及风电场内部各机组的有功出力值,进而形成场群层、子场层的相应协调调度方法,并以改进后的遗传算法对模型进行求解。通过IEEE 30节点系统、基于东北某风电基地实际运行数据进行仿真分析的结果表明,提出的分层递阶控制策略在降低系统网损、提升调度精度的同时,大幅提升了风电消纳能力。     

光伏集群有功功率分层预测控制策略

针对光伏集群有功功率的波动性和随机性会显著影响电力系统安全稳定运行的问题，基于大系统分层递阶控制理论，提出光伏集群有功功率分层预测控制策略。该策略在空间尺度上分为3个层级：在日前集群跟踪层以跟踪日前调度计划为目标，建立光伏集群调度计划跟踪模型，并将优化后的调度计划值下发给子集群层；在子集群层中建立协调优化分配模型，同时将集群下发的控制指令合理分配给各子集群，并给出子集群内部电站的优化出力值；在实时电站控制层建立电站有功控制模型，该模型根据运行工况及所接收的优化出力值，自适应采取最大出力模式或跟随模式工作。最后，仿真结果表明所提方法在保证系统安全稳定前提下，能够提高目标区域内光伏消纳，且使得各个光伏电站有功出力更加平稳。     

大规模集群可再生能源有功分层协调控制策略

随着可再生能源占比不断攀升,可再生能源安全问题和消纳问题日益凸显,提高可再生能源有功控制能力十分关键。因此,针对高占比可再生能源接入电网带来的新特征,提出了大规模集群可再生能源有功分层协调控制策略,涵盖调峰控制、调频控制、断面控制、市场交易和风光协调模式,协调优化系统运行安全性、消纳经济性和控制公平性。所提策略动态评估全网乃至各断面可再生能源最大消纳能力,确保电网安全运行;按照全网层、场群层、场站层顺序逐层优化有功控制指令,拓展可再生能源消纳深度和广度;针对性配置合理有功分配权重系数,保障不同可再生能源场站群、同断面风光发电之间消纳公平。冀北电网的实际运行情况证明了文中所提可再生能源控制策略的有效性。     

特高压直流对交流系统稳定性的研究

针对大规模风电集中外送,重点从特高压直流对风电、火电打捆联网系统的安全稳定问题展开研究。建立了直流输电系统模型以及风电机组模型;分析了不同风电机组对交直流系统的稳定性以及直流闭锁故障对系统影响的仿真分析。在此基础上分析了风电、火电打捆联网直流外送系统带来的一系列问题,为大规模新能源的规划和运行提供了建设性依据。     

基于DSA功率预测模型的风电分层有功调度控制策略

为了增强含高渗透率风电电网的消纳能力,提高控制精度与运行经济性,提出了一种改进的基于双层递阶自适应模糊系统（double stage hierarchical ANFIS（adaptive neuro-fuzzy inference system）,DSA）功率预测模型的风电分层有功调度控制策略。将有功调度分为系统层、风电场群层、分群子场层、风机机组层与反馈校正层,结合DSA模型对风电场超短期风电功率进行预测,考虑电网与机组安全运行等约束条件,给出了各个层级之间的协调控制关系与每个层级相应的功率分配方法,同时以滚动优化对误差进行校正。最后通过算例对所提控制策略的有效性进行分析验证,结果显示,所提控制策略在功率波动较大情况下其控制精度高,并且能有效减少风机启停次数,降低系统网损。     

基于含储热的热电联产与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略

在研究电热负荷与不同时间尺度风功率波动特性的基础上,分析了含储热的热电联产与抽水蓄能协调运行对风电消纳的影响,并提出了基于含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调控制策略。一级协调控制以系统运行成本最小和风电消纳电量最大为目标,根据电热负荷和风电预测出力,通过含储热的热电联产与抽水蓄能在调节容量上的优化配置,提高系统运行经济性和风电消纳率;二级协调控制针对风电出力的实时波动,根据风电计划上网偏差,通过含储热的热电联产与抽水蓄能的协调控制,平抑风电实时波动。以6节点系统为例,验证了所提协调控制策略的有效性,结果表明含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调运行可以有效降低系统运行成本,提高风电消纳水平,保证大规模风电接入情况下电网安全稳定运行。     

风光协调发电系统有功控制策略研究

随着全球能源化石型能源的日益枯竭,以风电、太阳能为代表的新能源发电技术取得了显著的发展,发电系统原先单一的能源组成型式发展成多能源组成的混合型发电系统.本文基于风光协调发电系统的基本结构,提出了风光协调发电系统的有功控制策略,该策略从功率平滑控制、功率跟踪控制、频率调节控制三方面展开研究,能够实现风电、太阳能独立控制和...     

计及风速和负荷特性的风火打捆发电系统规划

风火电打捆是解决能源基地电力外送的有效手段。提出一种计及风速和负荷特性的风火电打捆发电系统优化规划方法。根据送端系统风速和受端系统负荷特性,建立打捆发电系统分段波动输送功率模型。以打捆发电系统在规划期内单位发电成本为优化目标函数,计及风电场拟规划区间约束和打捆发电系统运行约束,构建了风火电打捆发电系统优化规划模型。模型采用模拟退火算法求解,并通过算例分析证明所述方法的有效性。     

风火联运送出系统的静态稳定性分析

从机理上研究了风火联运送出系统的静态稳定性和静态稳定极限的规律。采用电力电子变换器的变速风电机组功率控制快速灵活,在静态稳定分析中可以忽略其快动态,将风电简化为功率注入模型,系统动态过程中风电功率可以用代数方程描述。基于电力系统经典模型方程,提出了一种风火联运送出系统的三角变换模型方程,推导了发电机和送出断面的静态稳定极限随风电功率的变化规律。在风火联运送出系统中,风电功率由零开始增加的过程中,发电机的静态稳定极限始终下降,而送出断面的静态稳定极限则先增加到最大值,之后开始下降。测试系统和实际系统中的仿真结果验证了该结论。     

基于分层模型预测控制的风电场电压协调控制策略

针对弱连接并网风电场无功电压调节中电压支撑能力较弱且易受风功率波动影响的问题,提出一种基于多时间级垂直分层思想与模型预测控制(MPC)理论相结合的风电场无功电压分层协调控制策略。首先,在自适应调节层,依据风电场调节能力与并网点电压波动轨迹预测,提出一种并网点电压自适应调节策略。其次,在无功分配层,求解无功需求容量,并给出一种可考虑各机组无功调节裕度的改进比例分配策略。最后,在跟踪控制层,依据状态预测与参考、反馈信息实时修正控制误差。通过分层MPC,各层内不同时间级的预测信息可被高效利用,各层间不同时间尺度的控制亦可得到有效协调。基于PSCAD的仿真分析结果验证了所提方法的有效性。     

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

面向弃风消纳的电储能-热电分级协调优化方法

中国北方地区存在高比例的热电联产机组,受冬季采暖负荷制约,调节能力有限,引发冬季弃风问题,增加电储能和储热设备是提高热电联产机组调节能力的重要手段。研究在电力辅助服务市场环境下的热电联产机组与电储能、储热设备的协调优化运行方法,分别建立以电储能设备和热电联产机组调峰效益最大和蓄热效益最大为目标,考虑弃风最大化消纳、系统供热需求以及热电联产机组、电储能和储热设备运行约束的分级协调优化模型。系统仿真测试表明：所提方法能够协调优化电储能和储热装置的运行,充分利用储热设备的多日调节能力,提高系统在电力市场中的运行收益,有效减少弃风。研究结果对解决当前电力市场环境下北方地区的冬季弃风问题具有一定价值。     

考虑火电机组深度快速变负荷能力的频率控制

风电的大规模并网和常规燃煤机组的快速爬坡能力不足对系统的频率稳定产生了严重的威胁。考虑到中国当前以燃煤机组为主的电源结构,通过合理利用火电机组深度快速变负荷能力提高机组动态特性是解决这一问题的有效手段,但是目前其在电力系统中的应用主要集中在调度上。文中提出了一种将火电机组深度快速变负荷能力应用在含风电电力系统的频率控制中的方法,该方法基于含风电电力系统的频率分析模型,首先在预测层面根据风电功率超短期预测的结果以及机组深度快速变负荷的经济性和安全性条件判断,合理制定火电机组深度快速变负荷状态的开关计划,然后利用所制定的开关计划进行实时风电功率激励下的系统频率控制,所提策略与传统自动发电控制策略紧密结合,工程上易实现。将所提方法应用于IEEE 10机39节点系统,仿真结果表明,所提方法能够有效提高含风电电力系统的频率控制能力,适用于高风电渗透率的互联电网。