“十二五”广西电网接纳风电能力分析

将风电出力参与系统电力平衡,根据平衡调峰计算结果,判断广西电网接纳风电的能力,并分析影响电网接纳风电能力的因素.提出广西风电季典型日出力曲线、年平均出力曲线及年出力曲线,根据风电出力曲线参与系统电力电量平衡,使用互联电力系统模拟软件,计算风电参与平衡后对系统调峰能力的影响.2013年电网接纳装机为1258.5 MW的风电出力后,缓解了系统电力、电量不足问题,未出现调峰不足问题.2015年电网接纳装机为4086MW的风电出力后,增大了系统盈余,系统调峰缺额增大,火电运行经济性差.2013年电网可以接纳规划风电场出力,2015年电网接纳风电后加大了系统调峰压力.电网接纳风电的能力主要受风电特性、电源结构、负荷水平和负荷特性的影响.     

考虑风电特性的送出线路过载控制方法

风电送出线路不满足N-1安全约束时,任意一条线路跳闸都会导致其他线路出现过载。针对集群式风电并网的特点,首先分析风电机组低电压穿越(LVRT)能力、风电短时出力波动对传统过载控制方案的影响,并提出针对性建议。在此基础上,进一步提出考虑风电出力变化趋势的过载切机方案,通过数值方法分析各风电场的出力变化趋势,动态优化选择切机对象,使得切机措施更加高效,减小风电送出线路再次发生过载的概率,从而保障风电外送通道的安全性。     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

长时间尺度风电出力时间序列建模新方法研究

通过分析风电出力时间序列内部组成结构,提出了一种构造未来风电出力场景的新方法。该方法首先对风电出力时间序列进行滤波和理想化处理,然后将风电出力时间序列划分为风过程和片段并统计风过程转移概率和片段概率分布,最后序贯抽样风过程和片段得到模拟风电时间序列。通过比对历史风电出力和模拟风电出力的特性,验证了新方法的可靠性。该方法为研究风电规划、风电容量可信度、风电接入后系统可靠性和风电接纳能力评估打下了基础。     

考虑相关性的地区风电出力对调峰容量的影响分析

在地区性的大规模风电并网背景下,电网的调峰能力是制约风电并网的一个很重要的因素。本文以某一实际地区电网一年的数据为例,计算风电出力和典型日负荷的皮尔逊相关系数,分析单风电场出力和地区风电出力的特性,在风电出力特性分析的基础上,计算分析不同风电出力场景下的调峰容量,选取用于调峰容量计算的地区风电典型出力特性。研究认为当地区电网并网风电容量较大时,考虑地区风电出力与负荷的相关性,采用逆调峰特性最明显的风电出力场景计算调峰容量是更合理的方法。     

基于提高消纳能力的风电平衡区域电网划分方法

受制于风电出力时变特性与在线电网资产(电源与电网)改变的滞后性等因素,高穿透功率并网风电难以有效消纳。针对这一问题,提出了一种通过优化风电平衡区域电网来提高风电消纳能力的方法。把风电出力视为负值负荷,并与风电平衡区域电网负荷进行叠加得到广义电力负荷。另外,还提出了基于电源约束的可消纳负荷的特征参数,进一步建立了评估风电平衡区域电网中的负荷及其对应的广义电力负荷差异的主导特征指标及其数学模型。基于此,进一步提出了以提高消纳能力为目标的风电平衡区域电网范围划分方法。最后对某地区电网风电出力与负荷数据进行编程计算,验证了所提方法的正确性。     

面向电网运行的新能源出力特性指标体系研究 ——风电出力特性指标体系

由于风电出力具有明显的不确定性,依靠现有的风电特性指标,无法确定风电出力曲线的基本形状,一定程度上限制了风电特性指标在电网运行中的实际应用。引入了指标体系的时段属性概念,提出面向系统运行的风电出力特性指标体系。其中,指标"全日平均出力"表征了全天风电出力水平,指标"峰谷时段风电出力中位数差"表征了风电出力对系统调节能力的影响。指标"峰时段风电最小出力"表征了峰荷时段风电对电网运行的最小支撑,指标"谷时段风电最大出力"表征了谷荷时段风电对电网运行的最大挑战。以某地区5个风电场为例,计算了所提评价体系的各类指标,对历史风电出力曲线进行分类并形成多条典型风电出力曲线。计算结果说明了所提指标体系计算方便,物理意义直观,有助于开展系统运行的实际工作和相关研究。     

风电出力特性对地区电网供电能力影响分析

对地区风电典型出力特性进行了分析,通过电力电量平衡计算,分析了风电不同出力取值对电力平衡、电网供电能力、电网潮流的影响。对风电出力合理取值提出建议,为电网规划及电力工程、风电接入系统工程可行性研究工作提供科学依据。     

提高山东省接纳风电容量方法研究

随着山东省风电场开发的不断深入,风电场大规模开发的主要瓶颈是电网调峰能力不足导致的消纳能力问题。对山东电网的风电消纳能力进行分析,对山东省风电出力进行归一化处理,总结出山东省风电场出力特性,提出提高山东省接纳风电容量的方法。     

计及储能出力水平的平滑风电功率模型预测控制策略EI北大核心CSCD

风电大规模并网的有功功率波动给电力系统造成了较大的影响,在风电场并网处加入储能系统可有效平抑风电并网功率波动,提高风电在电网中的渗透率。在储能电池平滑风电功率波动的典型应用场景下,提出了一种计及储能电池出力能力的模型预测控制方法,在减小储能电池出力的同时,兼顾电网对储能系统充放电能力的需求。首先,利用风储发电系统的数学模型,分析储能电池当前输出功率对未来出力能力的影响;然后,设计以储能电池最小出力和最大出力能力为运行原则的模型预测控制策略;最后,基于实际风场数据进行了仿真。结果表明,所提方法可有效降低风电并网功率波动,提高储能电池出力能力,减小储能电池进入死区时间。     

风电出力偏差成本及其条件风险方法的电力经济调度

含风电电力系统调度中风电实际出力与其计划出力间存在一定的偏差。计划出力过高则需调用系统备用,从而产生高估后的偏差成本;计划出力过低则会出现弃风,从而产生低估后的偏差成本;将风电计划出力费用和高估低估的偏差成本计入目标函数,以火电机组出力、风电计划出力为控制变量,风电实际出力为随机变量,采用条件风险方法(Conditional Value-at-Risk,CVaR)处理带有随机变量的函数,构建了目标函数含风电出力偏差条件风险值的电力系统经济调度模型。对于条件风险方法中概率密度函数难以解析表达的问题,采用蒙特卡罗模拟和解析法相结合,使计算求解简便快捷。通过IEEE 30节点系统仿真表明:该方法可有效解决含风电系统经济调度问题;与传统调度模型相比,总成本费用更低。     

考虑风电不确定性的ɸ-散度下基于条件风险价值的鲁棒动态经济调度

针对风电功率预测误差不确定背景下动态经济调度的发电风险费用,建立基于条件风险价值的动态经济调度风险费用鲁棒优化模型.在仅知风电功率预测误差情景的条件下,结合统计学理论,采用φ-散度构建较高置信水平下的风电功率预测误差不确定概率的置信域;采用拉格朗日对偶理论,将动态经济调度风险费用鲁棒优化模型转化为可求解的数学模型.采用IEEE 30、IEEE 118节点和S-1047节点系统进行数值仿真,结果表明,所建模型能够有效地抑制风电功率预测误差不确定性对风险费用的影响.     

计及风电预测误差的电力系统风险规避评估模型

风电功率的短时大幅波动对电网的安全稳定运行造成冲击,为更准确地评估电力系统在较短时间内的风电消纳情况,需考虑风电功率的预测误差。为此,文中提出一种概率区间优化模型,从效益和风险两个维度评估风电预测误差对电力系统运行的影响,旨在得到最优权衡风险和效益的调度方案。在概率区间优化模型中,不确定风电被视为概率区间变量,即每个风电值对应一个分布概率。效益用不确定风电并网前后系统运行费用的差值来量度;风险则用风电的分布概率来衡量。然后,构建基于效益和风险的条件期望作为优化目标。最后,在一个调度系统上进行仿真并与区间优化模型对比,证明了所提出的优化模型的可靠性、鲁棒性和实用性。     

计及风电动态成本的电力系统区间经济调度*

大规模风电接入电网后,风速的间歇性和随机性使风电出力具有一定的不确定性,对传统确定性系统的安全经济运行产生严重影响。针对风力发电的不确定性对电网调度运行的影响,本文基于区间规划理论,提出风电动态成本这一概念,并建立计及风电动态成本的电力系统区间经济调度模型。该模型中引入决策变量求解模型的区间优化解,一定程度上反映系统运行风险和经济效益,并为调度人员安全评估提供支持。最后采用IEEE30节点系统进行仿真验证,算例结果表明该模型与方法的实用性和有效性。     

考虑风电不确定性的互联电力系统分散协调调度模型

针对含高比例风电的直流互联电力系统经济调度问题,采用鲁棒优化方法描述风电出力,提出了一种基于目标级联分析法的分散协调调度模型。首先,采用鲁棒优化方法中的多面体集合来描述风电出力的不确定性,为了降低问题求解的保守度,引入了鲁棒保守度调节因子。然后,根据分散协调算法的分解原理将待解决的经济调度问题分解为主问题和子问题。其中,主问题为上级调度中心协调优化互联电力系统之间的直流联络线功率,子问题为下级调度中心独立优化各区域电网的发电计划。最后,通过两个算例对所提模型的有效性进行了验证。结果表明,所提方法不仅可以弥补鲁棒优化方法偏于保守的不足,而且能够在应对风电出力不确定性的同时实现风电的跨区域消纳,适合中国电网目前的分层分区调度模式。     

采用条件风险方法的含风电系统安全经济调度

针对风电等新能源发电和负荷的随机性,引入条件风险方法,构建了电力系统条件风险调度模型。为了量化随机性因素所引起的不确定性,以电网安全条件风险价值(conditional value-at-risk,CVaR)作为电网安全指标,取代一般调度模型中的安全约束。由于含随机性变量概率密度的函数积分计算困难,因此将电网安全CVaR函数进行变换和离散化处理,并采用蒙特卡罗模拟和解析法相结合的方法进行计算。含风电随机出力的系统算例表明,采用条件风险约束的电力系统安全调度模型可在不同的电网安全CVaR值、不同的置信水平下,获取相应的侧重经济性或安全性的系统最优调度结果。     

考虑风电接入的电力系统鲁棒经济优化调度

鉴于风力发电具有很强的随机性和波动性,含风电调度系统中,应用传统预测区间来描述其不确定性的方法存在缺陷。针对该问题,通过引入弃风限制对风电场的风电出力预测区间进行优化,得到能够保证调度系统安全运行的风电安全出力区间;在此基础上,建立双层鲁棒区间优化调度模型,使得常规机组的运行成本和风电场的弃风成本最小,并分析了系统爬坡备用对风电安全出力区间的影响。由于考虑了常规机组的阀点效应,模型呈现非线性特点,采用改进的教与学优化算法和线性规划法相结合的求解方法对模型进行求解。最后,采用改进的10机系统验证了所提模型以及求解方法的有效性和优越性。     

基于混合随机规划/信息间隙决策理论的虚拟电厂调度优化模型

虚拟电厂(VPP)在调度过程中面临多种不确定因素,给决策和系统安全运行带来一定的困难。提出了基于混合随机规划/信息间隙决策理论(IGDT)的VPP调度优化模型,该模型针对电价概率分布描述较为准确、预测精度较高的特点,采用随机规划处理电价的不确定性;针对风光出力概率分布难以精确刻画、预测精度较低的特点,采用IGDT处理风光出力的不确定性,通过赋予风光出力偏差系数不同的权重,解决了IGDT同时处理风光出力不确定性的问题。此外,针对不确定性决策的盲目性和不同策略面临风险程度的不同,引入风险成本量化不同决策方案对应的风险。仿真结果验证了所提模型的有效性。     

计及运行风险和需求响应的两阶段鲁棒机组组合模型

高比例风电并网给电力系统的调度运行带来了挑战。为应对风电的不确定性,该文提出一种计及运行风险和需求响应的两阶段鲁棒机组组合(unit commitment,UC)模型,此模型具有以下特点:1)基于历史风电预测–实测数据分析了风电预测误差的分布特征,进而建立一种基于0-1规划的运行风险模型;2)将建立的运行风险模型与鲁棒UC模型结合,通过求解鲁棒UC模型动态地调整风电不确定集合的边界,实现运行成本和运行风险的协同优化;3)考虑分时电价对负荷需求的影响,并分析需求响应(demand response,DR)的不确定性对调度结果的影响。提出的模型采用Benders-C&CG方法进行求解。仿真结果表明,所提模型可动态地调整风电不确定集合边界,有效降低了运行成本和运行风险的总和。     

基于WCVaR评估的虚拟发电厂能量市场收益——风险模型

由于虚拟发电厂中存在风电机组等出力波动的可再生分布式电源,为了量化风电机组出力不确定性对虚拟发电厂进行能量交易时的收益风险,在考虑了风电机组出力不确定性因素后,利用最差情景下的条件风险价值(WCVaR)方法构建了包含运行成本、售电收益和交互收益的虚拟发电厂能量市场的收益—风险模型,然后采用遗传算法对其进行求解,并通过算例分析了不同风险水平下的机组出力情况、交互收益和碳排放量,以及虚拟发电厂在不同风险水平下进行能量交易时的WCVaR,验证了所提出模型的正确性,为分析风电机组出力对虚拟发电厂的收益、风险和减碳的影响提供了理论支持。