風電場并入電網(wǎng)的調控理論研究.pdf

1、作為技術成熟度最高、商業(yè)化應用最廣泛的可再生能源發(fā)電形式，風力發(fā)電已然成為替代化石燃料的最主要發(fā)電形式，對降低碳排放、改善當前能源結構起著舉足輕重的作用。但風能的隨機波動特性使得風力發(fā)電及其接入電網(wǎng)的調度與控制面臨嚴峻挑戰(zhàn)，直接影響風電的規(guī)?；l(fā)展乃至電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行。由此，如何實現(xiàn)風電的有效調控，保證風電與接入電網(wǎng)間的協(xié)調發(fā)展，已成為該領域的研究熱點與焦點。
　　 當前，風力發(fā)電與接入電網(wǎng)間在無功電壓調節(jié)與有功調度方面存在

2、難以協(xié)調調控的問題，原因在于隨機波動的風電功率無法實現(xiàn)類似于傳統(tǒng)電源的主動性調控。對此，如何準確把握風功率波動規(guī)律，深刻理解風電機組的功率特性，合理制定風電與接入電網(wǎng)間的協(xié)調調控策略，實現(xiàn)或部分實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)的主動性調控，進而在保證安全性前提下，充分體現(xiàn)風電運行的經(jīng)濟性，對于當前及未來風電發(fā)展具有明顯的理論意義與實際價值。
　　 在此背景下，本文以把握并適應風功率波動對風電系統(tǒng)及接入電網(wǎng)的影響為線索，以實現(xiàn)或部分實現(xiàn)風力發(fā)電系

3、統(tǒng)的主動性調控為核心，開展包括風力發(fā)電及與并網(wǎng)系統(tǒng)間的無功調節(jié)與有功調度方面的優(yōu)化與調控方法研究。其主要工作可概括如下:
　　 (1)依據(jù)風功率估算數(shù)據(jù)對風電場輸出功率分布特性進行統(tǒng)計規(guī)律分析，在充分計及DFIG無功調節(jié)能力波動特性、風功率的時間與空間分布特性前提下，以無功補償?shù)耐顿Y成本與運行成本最小化為目標，以折中思想為指導，構建無功補償容量優(yōu)化計算模型。該研究可保證風電功率包含的個性與規(guī)律性信息于規(guī)劃決策中得到充分體現(xiàn)，繼而

4、以最小代價實現(xiàn)雙饋型風電場連續(xù)、無縫的無功電壓調節(jié)，為風電場參與接入系統(tǒng)無功電壓調節(jié)奠定基礎。同時，優(yōu)化補償亦可有效提高風電場無功補償決策的針對性及風電系統(tǒng)無功電壓調節(jié)的經(jīng)濟性與主動性。
　　 (2)在DFIG功率特性分析基礎上，針對DFIG無功調節(jié)范圍隨有功輸出變化而變化，且當有功出力處于或接近額定狀態(tài)時需要吸收無功功率維持運行的特性，引入STATCOM作為風電系統(tǒng)無功補償單元，并提出綜合考慮風電場、補償單元及接入系統(tǒng)三者間關

5、系的風電系統(tǒng)無功功率協(xié)調控制策略。該控制策略可在穩(wěn)態(tài)運行條件下，有效抑制風電系統(tǒng)的無功功率波動、穩(wěn)定無功調節(jié)能力，擴大風電場無功調節(jié)范圍、解決前述狀態(tài)下機組吸收感性無功的不足，進而提高風電系統(tǒng)及其并網(wǎng)點電壓水平，保證風電場有功功率輸出。
　　 (3)針對DFIG機組低電壓穿越能力不足問題，提出可充分利用STATCOM無功電壓調節(jié)特性，并有效協(xié)調風電場、補償單元及接入系統(tǒng)三者間無功需求關系的故障時刻風電系統(tǒng)無功電壓實時協(xié)調控制策略

6、。該控制策略可在故障中協(xié)調補償單元與風電場的無功輸出，以支撐電壓水平，協(xié)助提高風電場及接入系統(tǒng)的故障穿越能力。綜合正常與故障狀態(tài)下的協(xié)調控制策略，初步構建了風力發(fā)電的無功功率實時協(xié)調控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以靈活的運行方式、快速的無功響應，實現(xiàn)了正常與故障狀態(tài)下風電系統(tǒng)無功電壓主動性調節(jié)能力的有效提升。
　　 (4)風功率預測誤差對調度、控制等決策行為的影響隨風電規(guī)模增大而增大，為此，本文在準確把握風功率變化規(guī)律基礎上，依據(jù)可信度水平高

7、低對預測功率進行分級處理，將其區(qū)分為基荷、次級及高頻出力三個分量，進而以所得分級結果指導電網(wǎng)決策，以此達到降低預測誤差影響決策的目的。該分級處理可與電網(wǎng)調度、負荷預測中的不同時間級相對應，從而為調度、控制提供決策依據(jù)，降低決策中因預測誤差引起的風險，減少因風電增加引起的備用容量增加部分，實現(xiàn)電網(wǎng)決策中經(jīng)濟性與風險性的平衡。
　　 (5)基于對風電預測功率的分級處理，建立考慮基荷出力、次級出力的機組組合優(yōu)化與旋轉備用容量計算模型，