風(fēng)電場并入電網(wǎng)的調(diào)控理論研究.pdf

1、作為技術(shù)成熟度最高、商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的可再生能源發(fā)電形式，風(fēng)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(dāng)前能源結(jié)構(gòu)起著舉足輕重的作用。但風(fēng)能的隨機(jī)波動(dòng)特性使得風(fēng)力發(fā)電及其接入電網(wǎng)的調(diào)度與控制面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，直接影響風(fēng)電的規(guī)?；l(fā)展乃至電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由此，如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的有效調(diào)控，保證風(fēng)電與接入電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展，已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與焦點(diǎn)。
　　 當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電與接入電網(wǎng)間在無功電壓調(diào)節(jié)與有功調(diào)度方面存在

2、難以協(xié)調(diào)調(diào)控的問題，原因在于隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)電功率無法實(shí)現(xiàn)類似于傳統(tǒng)電源的主動(dòng)性調(diào)控。對此，如何準(zhǔn)確把握風(fēng)功率波動(dòng)規(guī)律，深刻理解風(fēng)電機(jī)組的功率特性，合理制定風(fēng)電與接入電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主動(dòng)性調(diào)控，進(jìn)而在保證安全性前提下，充分體現(xiàn)風(fēng)電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對于當(dāng)前及未來風(fēng)電發(fā)展具有明顯的理論意義與實(shí)際價(jià)值。
　　 在此背景下，本文以把握并適應(yīng)風(fēng)功率波動(dòng)對風(fēng)電系統(tǒng)及接入電網(wǎng)的影響為線索，以實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系

3、統(tǒng)的主動(dòng)性調(diào)控為核心，開展包括風(fēng)力發(fā)電及與并網(wǎng)系統(tǒng)間的無功調(diào)節(jié)與有功調(diào)度方面的優(yōu)化與調(diào)控方法研究。其主要工作可概括如下:
　　 (1)依據(jù)風(fēng)功率估算數(shù)據(jù)對風(fēng)電場輸出功率分布特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析，在充分計(jì)及DFIG無功調(diào)節(jié)能力波動(dòng)特性、風(fēng)功率的時(shí)間與空間分布特性前提下，以無功補(bǔ)償?shù)耐顿Y成本與運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)，以折中思想為指導(dǎo)，構(gòu)建無功補(bǔ)償容量優(yōu)化計(jì)算模型。該研究可保證風(fēng)電功率包含的個(gè)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(jià)實(shí)現(xiàn)雙饋型風(fēng)電場連續(xù)、無縫的無功電壓調(diào)節(jié)，為風(fēng)電場參與接入系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，優(yōu)化補(bǔ)償亦可有效提高風(fēng)電場無功補(bǔ)償決策的針對性及風(fēng)電系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性與主動(dòng)性。
　　 (2)在DFIG功率特性分析基礎(chǔ)上，針對DFIG無功調(diào)節(jié)范圍隨有功輸出變化而變化，且當(dāng)有功出力處于或接近額定狀態(tài)時(shí)需要吸收無功功率維持運(yùn)行的特性，引入STATCOM作為風(fēng)電系統(tǒng)無功補(bǔ)償單元，并提出綜合考慮風(fēng)電場、補(bǔ)償單元及接入系統(tǒng)三者間關(guān)

5、系的風(fēng)電系統(tǒng)無功功率協(xié)調(diào)控制策略。該控制策略可在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，有效抑制風(fēng)電系統(tǒng)的無功功率波動(dòng)、穩(wěn)定無功調(diào)節(jié)能力，擴(kuò)大風(fēng)電場無功調(diào)節(jié)范圍、解決前述狀態(tài)下機(jī)組吸收感性無功的不足，進(jìn)而提高風(fēng)電系統(tǒng)及其并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平，保證風(fēng)電場有功功率輸出。
　　 (3)針對DFIG機(jī)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(diào)節(jié)特性，并有效協(xié)調(diào)風(fēng)電場、補(bǔ)償單元及接入系統(tǒng)三者間無功需求關(guān)系的故障時(shí)刻風(fēng)電系統(tǒng)無功電壓實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制策略

6、。該控制策略可在故障中協(xié)調(diào)補(bǔ)償單元與風(fēng)電場的無功輸出，以支撐電壓水平，協(xié)助提高風(fēng)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(diào)控制策略，初步構(gòu)建了風(fēng)力發(fā)電的無功功率實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以靈活的運(yùn)行方式、快速的無功響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了正常與故障狀態(tài)下風(fēng)電系統(tǒng)無功電壓主動(dòng)性調(diào)節(jié)能力的有效提升。
　　 (4)風(fēng)功率預(yù)測誤差對調(diào)度、控制等決策行為的影響隨風(fēng)電規(guī)模增大而增大，為此，本文在準(zhǔn)確把握風(fēng)功率變化規(guī)律基礎(chǔ)上，依據(jù)可信度水平高

7、低對預(yù)測功率進(jìn)行分級處理，將其區(qū)分為基荷、次級及高頻出力三個(gè)分量，進(jìn)而以所得分級結(jié)果指導(dǎo)電網(wǎng)決策，以此達(dá)到降低預(yù)測誤差影響決策的目的。該分級處理可與電網(wǎng)調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測中的不同時(shí)間級相對應(yīng)，從而為調(diào)度、控制提供決策依據(jù)，降低決策中因預(yù)測誤差引起的風(fēng)險(xiǎn)，減少因風(fēng)電增加引起的備用容量增加部分，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)決策中經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險(xiǎn)性的平衡。
　　 (5)基于對風(fēng)電預(yù)測功率的分級處理，建立考慮基荷出力、次級出力的機(jī)組組合優(yōu)化與旋轉(zhuǎn)備用容量計(jì)算模型，