一种风电调度决策支持装置的制作方法

专利名称：一种风电调度决策支持装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电网调度领域，特别涉及一种风电调度决策支持装置。
背景技术：
风电技术发展较早的国家已经普遍应用了风电预报技术，风电预报技术 己经作为上网电量交易、电厂调度和电网控制的重要手段，是风电场与电网 之间进行风电管理的一个重要组成部分。但是风电预测技术主要在各风电场 独立应用，相互之间没有什么关联；同时风电预测是按照以历史数据建模， 以数值天气预报作为干预量的预报方式。但是上述预测方法对单独风电场或 一些分散风电场出力的预测误差与对一个较为集中的风电群的预测误差大不 相同，无法用于大容量、高集中的风电基地功率预测，尤其是不能作为区域 风电调度决策用。
区域风电调度是为了实时进行电网调峰。由于风电功率的波动性，目前 普遍的做法是将风电出力视为负的负荷。风电场并网以后，电网中的备用容 量需要增加用于风电调峰的容量。当区域电网中风电的比例不高时，在电网 调度工作中一般不把风电纳入电网调度，风电功率的波动对于电网而言完全 是随机的，最严重的情况就是等于整个风电装机容量大小的风电功率在短时 间内的波动。如果整个区域电网可用于风电的调峰容量有限，在电网无法完 全平衡风电场的功率波动时，就需要限制风电注入区域电网的功率。而随着 西北地区千万千瓦风电基地的建设，风电容量占系统装机容量比例的逐步增大，电网调峰能力受到极大挑战，必须有更加有效的方法来开展电网调峰能 力分析并组织机组备用和电网调峰。
目前，电力系统中应用有电网安全稳定评估系统以及电网优化运行决策 系统。其中安全稳定评估系统有离线和实时两种形式，根据约束条件综合评 估电网运行的安全稳定水平，对存在问题的运行状态给出调整方案，方案以 切机、切负荷以及调节大电厂出力为主，形式可以是电网直接动作或给出电 厂的负荷调整方案。电网优化运行决策系统也有离线和实时两种形式，根据 电网负荷和约束条件按照减小网损或购电成本等目标进行电网内机组出力的 优化组合。但是针对大容量风电场并网运行后，还没有包含区域风电调度决 策支持装置及决策方法。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种风电调度决策支持装置，它能够同时实现 电网实时稳定评估与决策以及优化调峰方案。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现 一种风电 调度决策支持装置，其特征在于，包括通过网络互联的EMS数据服务器、 风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务器；所述EMS数据服 务器，实时采集并存储电网内的各个水电机组、火电机组的运行状态信息和 上网功率数据以及风电场的上网功率数据；所述风电监测数据服务器，实时 采集并存储电网内的各个风电场的风电机组的运行状态信息和风参数；所述 气象数据服务器，实时采集并存储气象局发布的电网内的各个风电场的风参 数预测数值；所述调度决策服务器接收EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器的传输数据，预测各风电场的波动容量，计算电网的调 峰方案，以此确定各个风电场的风电机组的运行状态和上网功率。
上述技术方案的进一步改进在于
所述风电监测数据服务器与调度决策服务器通过无线网络连接。
所述气象数据服务器与调度决策服务器通过intel网络连接。 所述EMS数据服务器与调度决策服务器通过电网内部专有网络连接。 所述EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决 策服务器的前端均设置有网络防火墙。
本实用新型在实时监测大区域风电场风资源基础上，对大区域风电场上 网功率预测和电网调峰能力分析，实现大规模风电并网条件下调度决策支持
系统，在风电功率大幅度波动情况下，电网对风电机组出力的控制方法和电 网调峰方案优化结果，保证电网安全稳定运行。


图1为风电调度决策支持系统结构图。 图2为风电调度决策支持系统工作流程图。
具体实施方式
参照图l，风电调度决策支持装置，包括通过网络互联的EMS数据服 务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务器；所述EMS
数据服务器，实时采集并存储电网内的各个水电机组、火电机组的运行状态
信息和上网功率数据以及风电场的上网功率数据；所述风电监测数据服务器， 实时采集并存储电网内的各个风电场的风电机组的运行状态信息和风参数；所述气象数据服务器，实时采集并存储气象局发布的电网内的各个风电场的
风参数预测数值；所述调度决策服务器接收EMS数据服务器、风电监测数据 服务器、气象数据服务器的传输数据，预测各风电场的波动容量，计算电网 的调峰方案，以此确定各个风电场的风电机组的运行状态和上网功率。
风电监测数据服务器一般设置在风电场，偏僻而环境恶劣，与调度决策 服务器通过无线网络连接比较方便，投资也低；气象数据服务器直接采集国 家气象部门的数据，与调度决策服务器通过intel网络连接；EMS数据服务 器直接采集电网EMS电能管理系统的数据，电网EMS电能管理系统采用电 网内部专有网络，出于安全考虑，EMS数据服务器与调度决策服务器也通过 电网内部专有网络连接。EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据 服务器、调度决策服务器的前端均设置有网络防火墙，以保证各个服务器的 安全。
本实用新型的调度决策服务器可以实现风电上网功率预测、风电并网运 行电网调峰能力分析以及风电并网运行电网安全的决策支持系统三个功能， 而每个功能之间基本上是逐层递推的关系，利用风电监测数据服务器对区域 风电场风资源实时监测的测风网络所获得的风电监测数据服务器风能监测系 统数据以及电网EMS数据库中风电场上网功率实时监测数据，对区域内风能 资源利用情况开展实时评估，并将评估结果与风电上网功率预测系统相结合。
风电上网功率预测是根据风电场历史风资源数据开展预测模型和方法研 究，选择合适的预测模型和方法，开发出电网风电功率预测系统。并结合数 值天气预报结果开展风电场上网功率预测，然后用测风网络获得的监测系统 数据以及实时评估结果对预测值进行修正，最终得到风电基地风电场上网功率的24小时短期功率预测、日发电量的预测，并对预测结果进行误差分析和 估计。同时通过实时监测系统对预测系统的性能进行跟踪和监控，分析研究 影响预测性能的因素，实现对系统的更新和改进。
风电并网运行电网调峰能力分析是根据电网内主要水电厂和火电厂安全 性、经济性、机动性以及电网负荷特性，并根据其负荷需求预测、电源构成 及分布，水电、火电及供热机组的配合以及风电上网功率预测结果，在主要 省间、省内断面的稳定极限限制条件下，评价电网调峰能力，提出技术解决 方案以确保电网安全稳定运行，指导大规模风电接入后电网调度运行方式转 变。
风电并网运行安全的决策支持系统是用于大规模风电并网的，以风电上 网功率预测和电网调峰能力分析结果为基础，在满足系统安全稳定运行的各 种约束以及电网的N-1静态安全评估(N-1静态安全评估指的是在无故障情况 下，逐个断开电网中的一个设备，以检验其他设备是否过载，如果无过载现 象，则认为电网运行满足N-1，在这个检验方面是安全的)的前提下，通过计 算分析电网实际运行条件下接受预测到的风电出力变化能力，决策是否允许 风电场达到预测出力以及电网可接受的风电出力变化范围；然后根据下一时 段电网允许的风电出力，按照保证电网备用容量足够和不使火电机组迫停的 原则，优化电网电源出力调整方案。
调度决策服务器是风电调度决策支持装置的核心，它可以从EMS数据 服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器取得必要的数据，对风电场 上网功率进行超短期预测，计算当前系统运行方式下的调峰能力，确定电网 调峰方案和对风电场上网功率的控制水平。主要功能就是完成数据存储和计算分析，具体包括
① 保存决策控制计算所需的电网系统模型、各种系统元件模型和参数、火 电厂运行的煤耗曲线、水电厂调节能力；
② 接收和处理多个数据来源，包括气象数据服务器的风资源数据、水电 厂来水以及水位监测数据以及EMS数据服务器中的当前电网运行数据，数据 处理后写入本地的数据库；
③ 根据风电场来风情况进行风电上网功率超短期预测，并给出此预测值下 最大的误差；
根据风电场运行数据和信息以及风电场并网功率预测结果进行电网调 峰能力评估；
⑤ 根据电网运行数据和信息进行拓扑分析和状态估计；
⑥ 利用状态估计的结果以及火电厂运行的煤耗曲线、水电厂调节能力进行 电网优化计算，减小网络损耗，并检验设备运行水平，若存在问题则进一步 计算出相应的控制策略；
⑦ 对电网运行进行N-1静态安全校核，若存在问题则进一步计算出相应的 控制策略；
⑧ 对预想事故集中的每个事故进行暂态稳定判断，若失稳则进一步计算出 相应的稳定控制策略。
⑨ 调度决策服务器主要有3个软件模块组成风电上网功率预测模块、电
网调峰能力评估模块以及风电并网决策模块。由这3个软件模块完成对风电 功率预测以及电网调峰策略分析。
调度决策服务器主要有3个软件模块的具体数据处理流程如下由功率
预测模块完成风电上网功率超短期预测，由调峰能力评估模块完成电网调峰能力评估，并给出调峰方案，由风电并网决策模块完成电网实施调峰方案后 的安全评估。最终给出满足电网安全稳定运行要求的损耗最小的调峰方案。
(1) 本装置中所用基础数据来源
风电监测数据服务器向本装置提供风电场各监测点的风向、风速、温度、 气压、湿度等实时、历史数据，以及对应的机组运行、检修信息；
EMS数据服务器向本装置提供电网内的各个水电机组、火电机组的运行 状态信息和上网功率数据，以及电网中各变电站、电厂的电压、电流、有功 负荷、无功负荷等所有实时及历史数据以及对应的设备运行、检修信息，同 时提供风电场的上网功率实时及历史数据；
气象数据服务器向本装置提供气象部门根据流体力学和热力学计算得到 的空气变化趋势，包括风向、风速、温度、湿度、气压等预测值。
(2) 风电功率预测
高精度、大区域范围风电功率的预测是将数值天气预报结果及在线监测 到的风速、风电功率、风电可用机组数量等数据传送到预测模块，由预测模 块结合历史数据，运用预测模型对风电功率等需要数据进行预测实现的。它 可以提供短期和超短期的预测。
首先对数值天气预报所预测的天气情况与同一时刻在线监测到的风向、 风速、气温、气压等数据进行比较，确定风电场来风风向、风速、气温、气 压与数值天气预报之间的关系，以此确定风电场来风预测模型。
然后选取风电场的历史风资源数据，相应时段风电场的功率数据以及可 用机组容量、型号等历史资料，对于不完整的风资源数据，还可以用中尺度模式计算方法由历史气象数据以及地表状态推算得到进行补充。汇总上述资 料后开展预测模型和方法研究，确定风电基地上网功率与来风风向、风速、 气温、气压之间的关系，以此确定风电功率预测模型。
实际运行中，以数值天气预报的结果为基础，根据来风预测模型进行下 一时段来风预测，并根据风速变化实时风能资源监测数据与评估结果进行修 正，得到各风电场预测来风情况。
以各风电场可用风机容量、型号以及预测来风情况为基础，根据风电功 率预测模型进行下一时段区域风电上网功率预测，并按照风电实际出力与实 时风能资源监测数据及评估结果进行修正，并对预测结果进行误差分析和估 计，并将风电出力短期预测结果输出，按照预测风电最小出力结果留足电网
将风电出力超短期预测结果提供给电网调峰能力分析模块。 当电网调峰能力分析模块提示电网调峰有问题，需要限制风电上网功率
时，以限制值修正风电出力超短期预测结果并将其提供给电网调峰能力分析模块。
(3)风电并网运行电网调峰能力评估
收集电网内水、火电机组的最大、最小技术出力，调节速度等调峰性能 资料。以电网负荷预测、开机方式以及风电功率预测结果为基础，实时分析、 评价电网调峰能力，提出存在的问题和有效的技术解决方案。
通过调度能量采集系统监测电网负荷、机组出力等实时运行情况。当风 电出力变化时，按照风电下一时段出力预测并考虑预测值的最大误差影响， 根据水电厂库存水量、来水量以及火电厂可能达到的最大、最小出力，评估系统现有备用容量是否可以满足风电出力的变化，如果电网可以平衡风电出 力的变化，则进入风电并网决策模块。
若按照机组性能不能予以平衡，则计算分析，提出可能存在的问题，需 要控制风电出力的，确定控制水平，将此控制值与风电出力预测值进行比较， 若控制值小，说明风电出力过大，需要限制风电出力，并将风电出力控制值
反馈给预测模块用以修正风电上网功率超短期预测值；若控制值大，说明风 电出力太小，但是没风的情况下又没有办法来增加风电出力，只能采取其他 紧急措施，并在采取措施之后再次进行电网调峰能力评估，直到电网可平衡 风电出力为止。并进入风电并网决策模块。
当风电并网决策模块提示执行调峰方案后电网运行存在安全稳定问题， 需要以电网安全稳定评估存在问题为约束条件重新进行调峰能力评估。
(4)风电并网决策模块
根据风电功率预测与风电并网运行电网调峰能力分析结果，按照减小系 统煤耗、网络损耗以及水电厂不弃水的目标，优化电网中水火电出力，以此 确定电网调峰方案。
根据电网调峰方案对电网进行安全稳定评估，若电网满足安全稳定运行 的各种约束以及的N-1静态安全校核，则输出风电上网功率允许的出力值以 及电网调峰方案；若安全稳定评估存在问题，则提出具体的问题，以及可能 的解决措施，并以此未约束条件，返回重新给定调峰评估模块。
参照图2，说明本实用新型的风电调度决策的具体工作流程为
第1步，选择是否手动输入即确定实时研究模式，还是离线研究模式: 若选择否，则进入实时研究模式，转第2步风电上网功率预测；若选择是，则进入离线研究模式，转第17步。
第2步，风电上网功率预测根据电网运行实时数据以及风电场来风、 出力情况以及数值天气预报进行风电场上网功率预测，给出短期预测结果和 超短期预测结果。其中将短期预测结果输出，进入第3步；将超短期预测结 果输出，进入第5步。
第3步，输出风电上网功率短期预测结果进入第4步。
第4步，确定电网备用容量和开机方式以风电预测结果和电网中水电 厂来水情况，机组检修情况，安排电网中水、火电机组开机方式和备用容量。 进入第7步。
第5步，输出风电上网功率超短期预测结果进入第6步并将结果同时
输出给第14步。
第6步，修正超短期预测结果以风电功率控制值修正超短期预测结果，
进入第7步；在第一次进入此步骤时，无修正值，直接输出第5步中的风电 上网功率超短期预测结果，进入第7步。
第7步，电网调峰能力分析由电网运行方式、备用容量和风电上网功
率超短期预测结果对电网调峰能力进行评估，并进入第8步。
第8步，判断电网调峰能力电网备用容量大于风电波动所需要的调节 容量时，判断电网具备调峰能力，进入第9步；电网备用容量小于风电波动
所需要的调节容量时，判断电网不具备调峰能力，进入第13步。
第9步，优化电网调峰方案根据风电波动需要的调节容量，按照减小
系统煤耗、网络损耗以及水电厂不弃水的目标，优化电网中水火电出力，以此确定电网调峰方案，进入第10步
第10步判断电网安全水平根据电网调峰方案对电网进行安全稳定评
估，若电网满足安全稳定运行的各种约束以及的N-1静态安全评估，则输出
风电上网功率允许的出力值以及电网调峰方案，并进入第19步；若安全稳定 评估存在问题，即电网不安全，则进入第ll步
第ll步，确定电网安全稳定问题当第10步判断电网存在安全问题， 则提出具体的问题，以及可能的解决措施，进入第12步。
第12步，增加电网安全约束条件提出影响电网安全运行的问题和措施， 并以措施为约束条件，返回第8步。
第13步，控制风电机组出力由于按照风电超短期预测结果，电网不具 备调峰能力，以电网可能的调峰能力作为约束条件，给出电网具备调峰能力 条件下允许的风电上网功率，进入第14步。
第14步，判断风电出力是否可以控制风电出力只可能减小，不能增大， 因此比较控制出力与预测值的大小即可。预测值大，则说明直接控制风电功 率即可，进入第15步；预测值小，则说明需要采取减负荷或调用其他电源等 紧急控制措施，进入第16步。
第15步，控制风电上网功率以第13步输出结果为本步结果输出，返
回第6步。
第16步，给定电网紧急控制按照满足第6步输出的风电上网功率超短 期预测结果，以先调用紧急备用，后限制负荷的原则，给出电网必须采取的
紧急控制措施，并以此为条件返回第7步。第17步，手动给定风电上网功率值在第1步中选择了手动给定的离线 研究模式，在此步骤中人为给定要研究方式下的风电上网功率，直接进入第6 步和并将结果输出给第14步。
第18步，手动给定电网运行方式在第1步中选择了手动给定的离线研 究模式，在此步骤中人为给定要研究的电网运行方式，可以在电网实时运行 方式下进行修改得到，并将结果输出给第7步。
第19步，输出最终结果在第10步通过电网安全评价后，将允许的风 电上网功率和调峰方案作为最终结果输出，对采取了电网紧急措施的也要输 出紧急控制措施。
权利要求1、一种风电调度决策支持装置，其特征在于，包括通过网络互联的EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务器；所述风电监测数据服务器与调度决策服务器通过无线网络连接；所述气象数据服务器与调度决策服务器通过intel网络连接；所述EMS数据服务器与调度决策服务器通过电网内部专有网络连接。
2、 根据权利要求1所述的一种风电调度决策支持装置，其特征在于，所 述EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务 器的前端均设置有网络防火墙。
专利摘要本实用新型公开了一种风电调度决策支持装置，包括通过网络互联的EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器、调度决策服务器；所述EMS数据服务器，实时采集并存储电网内的各个水电机组、火电机组的运行状态信息和上网功率数据以及风电场的上网功率数据；风电监测数据服务器，实时采集并存储电网内的各个风电场的风电机组的运行状态信息和风参数；气象数据服务器，实时采集并存储气象局发布的电网内的各个风电场的风参数预测数值；调度决策服务器接收EMS数据服务器、风电监测数据服务器、气象数据服务器的传输数据，预测各风电场的波动容量，计算电网的调峰方案，以此确定各个风电场的风电机组的运行状态和上网功率。
文档编号H02J3/46GK201369575SQ20082022850
公开日2009年12月23日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者宁 姜, 勇 尚, 朱敏奕, 衣立东, 高媛媛, 磊 魏 申请人:西北电网有限公司