大型集群风电接入输电系统规划研究综述

大型集群风电接入给电力系统的规划和运行增加了更多的不确定因素。由于风电的间歇性、随机性、波动性及风电场选址等问题,传统的电网规划方法越来越不适应当前多不确定信息的电网规划工作。针对大型集群风电接入对电网规划的影响,评述了集群风电出力不确定性建模,并基于规划模型和评估方法,综述了近年来国内外计及风电不确定性的系统潮流计算方法以及含集群风电的输电系统规划领域的研究现状和研究成果。从输电系统规划、网源协调规划等方面着手,结合特高压电网、环保效益等研究热点,展望了如何在未来大型集群风电接入情况下获得最优规划决策方案的输电系统规划理论和方法。     

风电集群接入系统规划的混合整数线性模型

作为大规模风电集中并网的首要环节,风电集群接入系统研究方面缺乏有效可靠的规划方法。在风电集群并网输电工程各项费用建模的基础上,以规划的整体经济性最优为目标,综合考虑各风电场年出力特性及工程规划实际情况,结合等效重构、栅格地图、分段线性化等方法,提出了风电集群接入系统规划的混合整数线性规划模型。该模型能够对实际大型风电基地工程中风电集群的划分、并网输电工程的容量配置、汇集升压站的优化选址和风电场公共连接点的选取等方面的决策进行综合协调优化配置,获取整体经济效益最优的方案。为增强模型的实用性,提出了汇集升压站局部选址优化方法,使得在提升模型精度的同时,缩短模型求解的时间。算例结果验证了所提模型和方法的有效性。     

基于汇聚效应的风电集群接入与区域电网协调规划研究

风电消纳困难的重要原因之一是由于风电集群接入规划与接入区域电网的不协调。一方面,风电接入容量、接入方式与主网网架及常规电源布置、运行方式互相耦合,影响整体经济性与风电消纳效果;另一方面,风电集群接入后整体功率波动特性较单风电场出现变化,对规划产生影响。文章考虑机组启停机状态运行约束,以投资成本、运行成本、弃风成本及失负荷成本之和最小为目标,并通过模拟不同规模风电场群汇聚过程,将“风电场群零出力概率”与“汇聚容量”之间的关联关系作为约束,建立风电集群接入与区域电网协调规划混合整数模型,实现尽量接纳风电和保证系统安全性前提下整体规划方案的最优,最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性。     

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。     

风电和抽水蓄能联合送出时大型风电最优入网规模研究

风电与抽水蓄能电站联合运行有利于减少弃风电量,降低风电波动对电网运行产生的不利影响。从经济效益和运行效益两个角度出发,计及风蓄联合系统(wind power and pumped hydro storage,WP-PHS)接入电网的输电极限约束,构建了以风蓄联合系统经济效益和风蓄联合系统送出功率平稳为优化目标的大型风电和抽水蓄能电站协调的多目标优化模型。基于上述模型设计了风电入网最优规模计算方法,该方法通过对不同风电规模下各优化目标的比较来获得风电最优入网规模。应用上述方法对某大型风电基地和抽水蓄能电站进行仿真分析,结果表明,风电最优入网规模的确定有助于降低弃风电量,减少风电的盲目装机,提高风电运行的安全性和经济性。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

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。     

考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法

风电功率由于其随机性和波动性,接入系统后对于主网潮流分布有着较大影响,且大规模风电场大多距离接入点较远,功率汇集后并网有着较大的无功需求,因此风电场不同接入方案对电网运行安全性和投资建设经济性影响显著.传统直流规划模型无法计算系统无功潮流及功率损耗,也无法将主网母线电压及汇集站节点电压进行有效约束,规划结果精确度差甚至某些情况下可能产生不可行方案.文章统筹考虑风电场直接并网和经汇集站汇集后并网的不同并网方式,以经济性最优为优化目标,提出一种风电场集群接入系统协调规划的混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型.该模型采用交流潮流模型,可有效计及风电并网功率与系统有功、无功潮流及线路损耗、节点电压之间的耦合关系.利用随机优化方法,通过考虑基础场景与随机场景来平衡风电出力随机性带来的经济性和安全性问题,规划方案更加经济灵活.最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性.     

基于变寿命模型的改善风电可调度性的电池储能容量优化

基于风电接入技术准则和电网调度需求,对风电场日前调度功率值予以优化,并通过电池储能弥补实际风电出力与该调度参考值间的差值,从而改善风电的可调度性。从能量吞吐量角度出发,建立电池储能实际使用寿命评估模型。基于该模型,以风储联合系统年收益最大为目标,提出综合考虑风电调度功率优化和变寿命特性的电池储能容量优化模型。以某风电场年历史出力数据为例,对电池储能功率/电量容量进行协调优化,仿真结果验证了所提模型的有效性。     

大规模风电下基于模糊场景聚类的网储协调规划方法

受限于已有的电网水平,新建成的风电场难以将大量风电送出。从电网规划建设的角度出发,基于风电就地消纳与跨区消纳结合的思路,通过为风电接入配置储能系统、在现有电网基础上扩展线路构建风电消纳的通道,以现有风电和负荷数据为基础,利用模糊聚类方法提取运行场景的时空特性,提出了扩展规划的多目标优化模型,并利用改进粒子群优化算法进行求解。通过仿真算例从成本、网损、弃风量3个角度验证了规划方案的可行性。     

海上风电场集群接入系统组网优化

当前海上风电发展表现出规模化、集群化的特点,海上风电场集群接入系统需求显著。但是,现有海上风电场电气系统相关研究都是基于单个风电场,场内风机位置相对集中、海上变电站数量有限,且未考虑其接入对陆上输电网规划的影响。这可能导致海缆拥挤,海域资源浪费,以及陆上电网扩建不合理等一系列问题。对此,提出基于公共站设计与公共电网设计的2种海上风电场集群接入系统的优化方法,建立统一的数学模型。针对传统聚类方法在海上变电站选址定容上存在的问题,该文提出一种改进FSDP算法,进行包含变电站选址定容与电网拓扑规划的接入系统二层优化。算例结果显示,公共电网模式整体经济性最佳,公共站模式海域资源占用最少。     

考虑功率预测偏差和出力调节不确定性的风电集群功率分配策略

当因输电通道限制需对风电集群进行限电时,应考虑各风电场功率预测和调节能力的差异。考虑功率预测偏差和调节能力不确定性,构建机会约束规划和机会约束目标规划相结合的风电集群日前功率调度模型,并采用采样排序的方法将不确定变量转化为确定性变量对模型进行求解。对华北某地区风电集群进行案例分析,结果表明,在满足风电场间期望调度电量比例要求的基础上,相较于传统模型,所提模型能有效降低弃风率和系统负荷不平衡时的缺额电量。     

考虑风电接纳能力的储输联合规划

全球能源互联网带来能源形式的广泛变革。风电能源比重逐年提高,但电网建设相对滞后,电网与风电发展不协调严重阻碍了风电消纳。在分析影响风电接纳能力主要因素的基础上,充分考虑储能系统的运行特性,以最小化线路和储能等效年投资成本以及年弃风成本为目标,建立了面向提高风电接纳能力的储能与输电网联合规划模型。该模型属于典型混合整数线性规划模型,可使用成熟软件求解,求解该模型可以得到储能最优配置位置及功率和输电线路最佳架设方案。以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点系统为例分析电网风电接纳能力。结果表明,该联合规划模型可以实现线路、储能投资最小和系统弃风最小的综合最优;配合风电场接入的储能减少弃风作用明显;随着风电接入规模的增大和储能成本的降低,储输联合规划效益会更加显著。     

基于Copula相关性理论的集群风电并网建模方法

大规模风电集群并网问题逐渐成为风电领域的研究热点。为了研究中长期陆上、海上风电大规模接入对电网的影响,定量分析风电场输出功率的不确定性,以及风电场输出功率之间的相关性,采用Copula相关性理论以及蒙特卡洛模拟的方法建立了一种大规模风电集群并网模型。最后基于十三五规划的上海崇明三岛风场的电网网架结构对所提方法进行了算例分析。仿真结果表明,方法具有较强的实用性和可操作性,对于大规模集群风电场并网的规划和分析提供较好的参考价值。     

风电场集中接入对地区电网电压稳定性影响研究

针对吉林省电网的实际运行状况,利用德国开发的电力系统综合分析软件DIgSILENT/PowerFactory,搭建吉林省电网及各风电场模型,通过仿真计算,分析了风电场集中接入对地区电网电压稳定性的影响.结果表明,风电集中接入会造成电网中部分节点电压波动,必须进行无功补偿;风电场送出线路发生三相短路故障后,保护装置动作,...     

双馈集群汇集站主变及送出线路继电保护研究

传统风电场主变、送出线路保护配置多从系统角度考虑,存在保护动作的选择性、灵敏性问题。尤其是风电集群汇集站主变、送出线路保护适应性问题亟待于进一步研究。为此,结合新疆实际电网结构,考虑双馈风电场故障电流、电压特征,理论分析故障电流频率偏移对差动保护的影响。仿真分析双馈集群风电场接入对汇集站主变相量值差动、采样值差动保护及送出线路不同类型保护的影响。依此提出双馈集群汇集站主变、送出线路保护的相应完善措施,为解决当前电网面临的实际问题提供参考。     

基于可靠性均衡优化的含风电电网协调规划

集群开发、远距离外送的规模化风电开发对电力系统规划提出了新的挑战,串序开展电源和电网规划往往将新能源接入的矛盾积压到电网规划阶段,使得电网规划方案难以求解甚至得不到合理方案。为此,从可靠性均衡的角度,提出一种利用虚拟机组进行源网协调规划的方法。该方法针对风电大规模接入后的电网规划,在规划电网的同时对电源规划方案进行反馈及微调,以经济性最优为目标,均衡优化源、网可靠性,确定电源及电网的可靠性优化值,从而得到与电源协调优化的电网规划方案。该方法可以有效减少电网建设投资及电力系统整体投资,并校验电源、电网规划中可靠性均衡的协调性。通过原型系统和测试系统的仿真及分析,验证了所提方法的有效性。     

计及风电的电力系统运行风险评估

由于系统运行风险受到的关注度越来越高,针对以往电力系统运行风险评估较少涉及风电和主要从规划角度考虑风电接入后系统运行风险的情况,从运行风险的角度对风电接入后系统运行状态进行评估,建立计及风电的电力系统运行风险评估模型。文中考虑了风电场接入不同节点、不同节点接入不同风电场个数、风电场替代部分常规电源以不同风电渗透率接入的3种情况,并以风电接入标准可靠性测试系统RTS-79为算例,通过系统运行风险计算,找到了风电最优接入节点、风电最优接入数量和最优风电替代容量,为含风电的电力系统运行提供参考依据。     

大规模风电汇集地区风电机组高电压脱网机理

大规模风电场接入弱电网时会降低电网的电压稳定裕度,增加电压调整控制的难度。从实际发生的某次风电机组高电压脱网故障出发,探讨大规模风电经远距离输电线路送出时并网点出现高电压过程的机理,建立风电场远距离并网的等效单机无穷大系统模型,得出风电场并网点电压与送出功率及无功补偿之间的关系,推导出在风电机组恒功率特性下风电并网点电压对电容补偿的灵敏度,证明当风电送出功率增大时其并网点电压的灵敏度也随之增大,说明在风电大发时投入电容补偿后会引起较大的电压增幅,存在风电机组高电压脱网的风险。通过DIgSILENT软件对某实际风电场接入地区电网进行仿真分析,验证上述结论的正确性。     

考虑风电集群接入电网分区的多元优化控制方法

随着风电大规模、高比例并网运行，在风电集群区域建立多元相济的电力系统控制模式是提高系统调峰能力、缓解风电消纳困境的有效途径。在分析风电受阻主要因素的基础上，提出以集群风电的送出断面划分控制区域，综合考虑各区域内负荷的调节特性及各类型电源的调峰特性，以风电受阻电量最小为目标，建立分区多元优化控制模型并进行求解，形成火电、水电、风电、可调节负荷的优化控制方法。以某地区电网为例，验证所提分区多元优化控制方法的有效性。