[發明專利]考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法

有效

• 申請號: 201410483821.5
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104242355B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 程林;劉滿君;王旭;吳強;高松;黃河;高濱;田浩
• 申請（專利權）人: 清華大學;江蘇省電力公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 羅文群

1.一種考慮最小棄風的風電場接入電網的位置和容量的控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)根據電網的可靠性要求，設定電網的發電備用為P_reserve，設定電網的高峰負荷和低谷負荷分別為P_Lmax與P_Lmin，從電網規劃數據中獲取電網自備電源量P_auxiliary、電網供熱機組容量P_thermal、電網聯絡線的傳輸功率計劃P_tie和電網中抽水蓄能裝機容量P_pump，根據上述參數進行以下計算，得到考慮電網調峰裕度的風電場接納能力：

電網內部機組在負荷高峰時的有功功率P_Gmax和負荷低谷時的有功功率P_Gmin為：

P_Gmax＝P_Lmax-P_tie

P_Gmin＝P_Lmin+P_pump-λ₁P_tie

上式中，λ₁為電網聯絡線的傳輸功率調整參數，λ₁在負荷高峰時的取值為1.0，在負荷低谷時為0.5；

電網內部調峰機組在負荷高峰時的實際有功功率和負荷低谷時的實際有功功率為：

$P_{reg}^{max}=P_{Gmax}-P_{auxiliary}-{\mathrm{\λ}}_2{P}_{thermal}$

$P_{reg}^{min}=P_{G\min }-P_{auxiliary}-{\mathrm{\λ}}_2{P}_{thermal}$

上式中，λ₂為電網中供熱機組在供熱期間的有功功率調整參數，有功功率調整參數在供熱期間為0.78，在非供熱期間為1；

電網內部調峰機組的最大有功功率和最小有功功率

$P_{commit}^{\max }=P_{reg}^{\max }+P_{reserve}$

$P_{commit}^{\min }={\mathrm{\λ}}_3{P}_{commit}^{\max }$

上式中，λ₃為電網調峰機組的調峰深度，取值為0.4；

得到考慮電網調峰裕度的風電場接納能力P_wind為：

$P_{wind}=P_{reg}-P_{commit}^{\min };$

考慮電網調峰裕度的風電場棄風容量為：

根據風電場接納能力P_wind，得到考慮電網調峰裕度的風電場棄風容量為：

$P_{wind}^{curtail,capacity}=max(0,P_{wind}^{output}-p_{wind}),$

其中，P_reg為調峰機組實際出力，為風力發電實際出力；

(2)當電網傳輸線路的傳輸功率大于電網傳輸線路的額定傳輸功率時，根據傳輸線路的實際與額定傳輸功率的差值，設定傳輸線路的傳輸功率調整量ΔP_ij；對電網中的風電容量進行判斷，若電網中無風電，則進行步驟(3)，若電網中有風電，則計算風電有功功率利用電網的潮流靈敏度矩陣，調整風電的有功功率，得到考慮電網傳輸線路容量約束的棄風容量，具體過程如下：

(2-1)利用電網直流潮流公式：

P＝B₀θ，

B₀為以1/x_ij為電網支路導納建立的導納矩陣，x_ij為電網中節點i到節點j之間的支路電抗，θ為電網功角，

若電網中的節點k的有功功率的變化值為ΔP_k，電網的其它節點的有功功率不變，則有：

Δθ＝B₀^-1ΔP

其中，ΔP為一個單位向量，向量中的第k個元素為ΔP_k，向量中的其他元素為0，B₀^-1是常數矩陣，并設：

B₀^-1＝[a_ij]_n×n

a_ij為常數矩陣B₀^-1中第i行第j列個元素，n為電網中的總節點數；

(2-2)利用電網直流潮流支路功率計算公式：

P_ij＝(θ_i-θ_j)/x_ij

其中x_ij是電網傳輸線路電抗，i和j是傳輸線路L的起始節點和終止節點序號，θ_i為節點i處的電網功角，θ_j為節點j處的電網功角；

得到傳輸線路有功功率對節點k的有功功率靈敏度S_Lk為傳輸線路有功功率增量ΔP_ij與節點k的有功功率增量ΔP_k的比值：

$S_{Lk}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{ij}}{{\mathrm{\ΔP}}_k}=\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_i-{\mathrm{\Δ\θ}}_j}{x_{ij}{\mathrm{\ΔP}}_k}=\frac{a_{ik}-a_{jk}}{x_{ij}}$

式中L是傳輸線路序號，k是注入功率變化的節點序號，潮流靈敏度矩陣S是常數矩陣，Δθ_i為節點i處的電網功角變化值，Δθ_j為節點j處的電網功角變化值；

(2-3)根據電網傳輸線路有功功率對節點注入功率的靈敏度定義，得到注入節點k的有功功率調整量大小為：

${\mathrm{\ΔP}}_k=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{ij}}{S_{Lk}}$

得到考慮線路傳輸容量約束的風電場棄風容量為：

$P_{wind}^{curtail,overload}=min(P_{reg}^{wind},\underset{l}{\Σ}{\mathrm{\ΔP}}_k)$

其中l為電網傳輸線路中傳輸功率大于額定傳輸功率的越限線路；

(3)采用非時序蒙特卡羅模擬方法，計算風電場棄風指標，具體過程如下：

(3-1)從風電場歷史運行數據中獲取風電場有功功率概率分布，從電網歷史運行數據中獲取電網內部所有機組的停運概率、電網傳輸線路的停運概率和電網負荷的時序曲線，采用非時序蒙特卡羅模擬方法，對電網內部所有機組的有功功率、風電場的有功功率以及電網傳輸線路的傳輸功率進行狀態抽樣，計算每一狀態下風電棄風容量

$P_{wind,i}^{curtail}=P_{wind}^{curtail,capacity}+P_{wind}^{curtail,overload}$

上式中，為考慮線路傳輸容量約束的風電場棄風容量；

(3-2)根據上述每一狀態下風電棄風容量計算風電場棄風指標如下：

風電場棄風概率指標為：

$P_{curtail}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{I}_i$

式中I_i的含義為：

$I_i=\left\{\begin{array}{cc}1& P_{wind,i}^{curtail}\≠0\\ 0& P_{wind,i}^{curtail}=0\end{array}\right.$

風電場期望棄風容量指標為：

$E_{curtail}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{wind,i}^{curtail}$

上式中，N為風電場風機數；

(4)考慮風電場最小棄風，對風電場接入電網的位置和容量進行控制，具體過程如下：

(4-1)設定風電場的接入容量為P_w，建立一個風電場接入電網位置的目標函數如下：

$\begin{array}{cc}\underset{r}{min}& (E_{curtail},P_w)\end{array}$

求解上述目標函數，得到風電場裝機容量為P_w時，風電場接入電網的位置r，使得期望棄風容量E_curtail最小；

(4-2)在上述確定風電場接入電網的位置r后，建立一個風電場的接入容量目標函數如下：

$\begin{array}{cc}\underset{p}{min}& (E_{curtail},r)\end{array}$

$\begin{array}{ccc}s.t.& \underset{p}{min}& LOLP\end{array}$

式中，LOLP為電網的電力不足概率指標，

$LOLP=\underset{m}{\Σ}{p}_m{t}_m$

式中t_m為電網有功功率不能滿足負荷狀態m的時間，p_m為該狀態的概率，

求解上述目標函數，得到風電場的接入電網的位置r處的接入容量p。