[發(fā)明專利]考慮風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的機(jī)組組合建模及優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110275065.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112994042A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷明慧;胡珊珊;陳載宇;周連俊;卜京;鄒云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24;H02J3/38;H02J3/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的機(jī)組組合建模及優(yōu)化方法。針對(duì)風(fēng)電高滲透率電網(wǎng)中因常規(guī)機(jī)組一次調(diào)頻能力不足導(dǎo)致系統(tǒng)供需失衡的問(wèn)題，該方法基于風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻控制策略仿真得到其有功出力特性曲線，建立風(fēng)電調(diào)頻出力特性簡(jiǎn)化模型。然后結(jié)合風(fēng)電機(jī)組控制策略與同步機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，推導(dǎo)出風(fēng)電參與調(diào)頻的頻率約束條件，其次基于風(fēng)電備用不確定性合理地增加常規(guī)機(jī)組的備用容量，建立考慮風(fēng)電備用不確定性的風(fēng)火聯(lián)合參與調(diào)頻機(jī)組組合模型。本發(fā)明在兼顧調(diào)度安全性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，在機(jī)組組合問(wèn)題中提出一種考慮風(fēng)電備用不確定性的風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻的建模方法，并仿真說(shuō)明該模型能有效提升系統(tǒng)承受負(fù)荷擾動(dòng)的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及一種考慮風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的機(jī)組組合建模及優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

機(jī)組組合(unit commitment，UC)是指根據(jù)未來(lái)一定調(diào)度周期內(nèi)(通常是一天或一周)系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)功率，在滿足系統(tǒng)和機(jī)組的各類運(yùn)行約束條件和備用要求下，確定各調(diào)度時(shí)段機(jī)組的出力安排和備用容量，使得在該調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)總發(fā)電成本(耗量)最低。機(jī)組組合是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的重要決策過(guò)程，對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。本發(fā)明主要以風(fēng)電參與的機(jī)組組合優(yōu)化模型為研究對(duì)象。

隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電滲透率的不斷增加，單純由常規(guī)機(jī)組承擔(dān)系統(tǒng)的一次調(diào)頻任務(wù)已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)在較大負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)頻需求。風(fēng)電滲透率的提升在增加電網(wǎng)供需失衡風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也加劇了負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的影響。因此，在風(fēng)電高占比電網(wǎng)中研究考慮風(fēng)機(jī)一次調(diào)頻的機(jī)組組合優(yōu)化模型，對(duì)于維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定、提高系統(tǒng)承受負(fù)荷擾動(dòng)的能力具有重要意義。

目前，考慮風(fēng)電參與的機(jī)組組合模型主要考慮風(fēng)電與火電機(jī)組之間的功率協(xié)調(diào)分配問(wèn)題，即只考慮到風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電功能，系統(tǒng)調(diào)頻任務(wù)單純由常規(guī)同步機(jī)組承擔(dān)。這是由于風(fēng)電本身具有波動(dòng)性、不確定性和難預(yù)測(cè)性，使得風(fēng)電調(diào)頻也具有不確定性；其次，目前應(yīng)用廣泛的變速風(fēng)電機(jī)組一般采用最大功率點(diǎn)跟蹤的控制方式，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率之間不存在耦合關(guān)系，使得風(fēng)電機(jī)組無(wú)法像常規(guī)同步機(jī)組一樣響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。

但是進(jìn)一步地研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)附加調(diào)頻控制器，如虛擬慣性控制、下垂控制等，風(fēng)電機(jī)組可以提供與常規(guī)同步機(jī)組相似的頻率支撐。即當(dāng)系統(tǒng)頻率跌落時(shí)，風(fēng)電機(jī)組增加有功出力以提供頻率支撐。在此基礎(chǔ)上可以將風(fēng)機(jī)在一次調(diào)頻控制策略下的頻率響應(yīng)模型轉(zhuǎn)化為頻率約束形式加入到機(jī)組組合模型中，以得到高風(fēng)電占比電網(wǎng)中更為合理的機(jī)組出力安排和每調(diào)度時(shí)段的機(jī)組備用容量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種在風(fēng)電高占比電網(wǎng)中考慮風(fēng)電備用不確定性的風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的機(jī)組組合建模與優(yōu)化方法。通過(guò)在機(jī)組組合問(wèn)題中進(jìn)一步考慮讓風(fēng)機(jī)參與一次調(diào)頻，建立風(fēng)機(jī)在一次調(diào)頻控制策略下的頻率響應(yīng)模型，將其轉(zhuǎn)化為頻率約束形式加入到機(jī)組組合模型中，在保證系統(tǒng)調(diào)度的安全性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，有效地提升系統(tǒng)承受負(fù)荷擾動(dòng)的能力。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種考慮風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的機(jī)組組合建模及優(yōu)化方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，建立傳統(tǒng)含風(fēng)電的機(jī)組組合優(yōu)化模型；

步驟2，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻控制原理，仿真得到風(fēng)電機(jī)組有功出力模型，并對(duì)該風(fēng)電機(jī)組有功出力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化；

步驟3，結(jié)合簡(jiǎn)化后的風(fēng)電機(jī)組有功出力模型與同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，獲取機(jī)組有功出力與電網(wǎng)頻率的數(shù)學(xué)關(guān)系；

步驟4，將所述數(shù)學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)化為頻率約束條件，并加入到步驟1的模型中，建立考慮風(fēng)電機(jī)組提供一次調(diào)頻支撐的機(jī)組組合優(yōu)化模型；

步驟5，通過(guò)兩階段大M法將步驟4獲得的模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃MILP模型；

步驟6，基于置信水平的風(fēng)電預(yù)測(cè)功率不確定性描述方法，提出風(fēng)電備用不確定性描述方法，用于描述風(fēng)電備用誤差的數(shù)學(xué)期望；