专利名称：风火统一建模参与ace控制方法
技术领域：
本发明属电力系统有功控制领域，涉及一种适应于大规模风电并网后风火统一建模参与ACE控制方法。
背景技术：
风力发电是目前除水电外，技术最成熟、经济效益最好的一种可再生能源发电方式。大规模风电的并网运行后，风电的随机性、波动性和间歇性的特点对电网安全稳定运行的影响逐渐显现。随着国内多个千万千瓦级风电基地的开工建设，电网在保证安全稳定运行及保证有功控制性能的前提下全部消纳风电的难度逐渐增大，同时对电网调度和有功控制也提出了更高的要求。根据国家新能源政策的要求，风电并网后电网采取优先调度和全额收购的方式来接纳风电资源。大规模风电并网后，风电爬坡和下坡速率过快，“反调峰”、间歇特性大大增加了电网对常规能源调节备用容量需求，提高了调节资源性能要求，降低了电网运行经济性。从当前已并网风电的有功控制情况看，尽管很多风电场具备接受远方控制的能力，但出于风电有功控制经验缺乏及风电资源最大化利用等原因，风电有功控制尚处于跟踪日前计划的阶段，风电场日前计划受风功率预测精度及全网系统负荷预测结果影响，风电有功控制较为粗犷，风电资源利用效果不佳。因此，为了充分实现风电资源最大化利用，就必须摒弃现有的计划值控制模式，将风电场引入常规AGC控制，进行风电与常规能源的一体化及区别控制，实现风电与常规能源的统一控制。电力系统中针对风电接入的有功控制技术目前有如下方法
文献一《大量风电引入电网时的频率控制特性》(电力系统自动化2008年第32卷第1 期第四页)在深入分析异步电动机频率特性的基础上，采用所开发的电力扰动装置对不同转矩特性的异步电动机的频率特性进行了测试。基于加权综合的思路建立了包含异步电动机的综合负荷的频率特性模型，同时分析了风力发电的出力特性。通过对一个包含风力发电的电网进行分析，论证了考虑负荷频率特性以后，在同样电网调频能力的情况下，频率波动的偏差会变小。文献二《双馈变速风电机组频率控制的仿真研究》(电力系统自动化2007年第31 卷第7期第61页)以双馈变速风电机组模型为基础，根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程，在电力系统仿真软件中增加了频率控制环节，在系统频率变化时，双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能，相应增加或者减少有功出力，实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性，并证明了通过增加附加频率控制环节，风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。上述文献分别从风电机组和风电场模型及特性、电参与电网一、二次频率控制技术等不同层面披露了风电接入后的有功调度技术，但并未涉及大规模风电接入与常规能源协调控制策略与控制方法。文献三《一种计及电网安全约束的风电优化调度方法》(电力系统自动化2010年第34卷第15期第71页)提出了一种根据风电功率预测、电网负荷预测和省间联络线计划， 计及电网安全稳定等约束条件，制定风电场出力计划的优化调度方法。文章提出的方法主要为网省调度机构协调优化安排常规能源机组，预留风电出力空间保证风电场有功出力在安全区域内稳定运行，为电网最大程度的接纳风电创造条件。文献三提出的风电优化调度方法，通过合理安排日前计划做到系统运行经济性和风电最大程度接入的平衡，并通过风电场跟踪安全区域曲线保证风电接入后电网安全稳定运行。从网省调资源协调，资源调用方式优化以及电网安全角度等不同层面披露了风电接入后的电网和风电场的有功功率控制技术，但是并未从实时控制和AGC角度分析风电与常规能源协调对风电场有功功率控制技术进行论述。文献四((System control of large scale wind power by use of automatic generation control (AGC)》(Quality and Security of Electric Power Delivery Systems, 2003. CIGRE/PES 2003. CIGRE/IEEE PES International Symposium 8-10 Oct. 2003, On page (s) : 15 - 21)提出了将风电实际发电功率与计划发电功率偏差引入 AG C控制，从电力市场角度分析风电接入与系统控制问题。文献四主要从电力市场角度分析风电实际出力与计划出力的偏差平衡问题，当风电场实际出力与计划出力有偏差时，偏差部分引入AGC控制，由AGC自动调用其他能源满足功率偏差需求，实现风电资源的消纳、功率平衡及频率稳定。文献四讨论的问题局限于风电场实际出力与计划出力偏差，主要观点为讨论风电场计划完成问题，并未研究在大规模风电场接入后对电网安全稳定产生影响时风电消纳问题。文献五《Research on Active Power Real-Time Dispatching of Wind Farm Integration》(Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2010 Asia-Pacific , 28-31 March 2010 , On page(s) : 1 - 4)分析了大规模风电场的功率特性，提出了大规模风电场接入电网的弹性调度方法，通过仿真和对比分析研究，文献五认为风电场应该根据超短期负荷预报的结果预留一部分调节容量以应对频率一次和二次调整， 以减少风电场功率波动，提高电网运行稳定性和经济性。文献五从风电场预留调节容量角度分析减小大规模风电接入后风电间歇性对电网产生的不利影响，但要求风电场根据超短期负荷预报结果预留一部分调节容量有悖于当前新能源发展政策中尽量消纳风电资源的基本要求。与本发明从风电与常规能源协调角度实现尽量消纳风电的策略有较大的不同。
发明内容
本发明的目的是
1、针对当前风电控制多采用跟踪计划的运行模式，提出了常规能源机组与风电场的统一建模，实行风电与常规机组共同参与AGC控制，实现风电实时参与ACE (区域控制偏差， Area Control Error)调节。2、针对风电资源最大化利用的基本要求，提出了常规能源机组与风电场的协调配合，优化资源调用的方式，实现电网安全稳定与风电资源充分利用的双重目标。为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的 大规模风电并网后风火统一建模参与ACE控制方法，包括下列步骤1)在互联电网系统中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制，主控制区域的控制目标为维持电网的频率在控制范围内，或为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或上述两个控制目标同时满足。2)系统中的主控制区域模型中具有足够多的远方可控常规能源机组，在负荷高峰、低谷段都具备一定的上下调节备用；
3)在主控制区域AGC模型中建立风电场控制对象模型，风电场控制对象具备与常规机组类似的属性和设置参数，包括控制模式，调节范围，装机容量，分担因子，命令死区，最大命令，远方可控信号，增减闭锁信号，遥测调节上下限。4)风电场控制对象的控制模式为自动模式，计划跟踪模式，给定功率模式，风电场控制对象的控制模式可以自由设置。其中，自动模式下风电场控制对象的控制目标位控制区域ACE，计划跟踪模式下风电场控制对象的控制目标为风电场的发电计划，给定功率模式下的风电场控制目标位人工给定值。5)在建立完常规机组模型和风电场控制模型后，按照发电类型的不同，将常规火电机组和风电场控制对象分成两组，组与组之间和组内可以设置不同的优先级策略，实现组内调节需求的优化分配。6)在完成控制区域模型、常规机组模型、风电场控制模型的建立和常规机组与风电场控制对象分组控制后，设置控制区域风电总体控制策略，可以为实时ACE调节或风电最大能力消纳。7)控制区域风电总体控制策略为实时ACE时，风电控制组与常规能源控制组之间采用优先级控制，加出力时风电控制组优先，减出力时常规能源组优先。8)控制区域风电总体控制策略为最大能力风电消纳时，正常控制时风电控制组处于最大出力状态，所有风电场的控制目标为风电场的调节上限。9)当负荷特殊时段或电网处于特殊运行方式下，控制区域风电总体策略为风电最大能力消纳，主控制区调节备用不足以保证电网安全稳定运行时，AGC自动对模型内部风电场进行限功率。当ACE为正时，AGC可以根据预设的分担因子将ACE分配给常规机组和所有可控风电场，对各个风电场之间的ACE分配，AGC可以自动的根据预先设置的排序原则将分配到的调节需求再次分配到各个风电场，实现调节需求的快速最优分配。当ACE为负时， 优先增加风电场出力，在风电场出力均达到调节上限后，再将ACE分配到常规机组。
具体实施例方式在本发明中，披露了一种风电场与常规能源统一建模和共同参与ACE控制方法。 在建立控制区域AGC模型时，同时包含了常规能源机组和风电场控制对象，风电场控制对象按常规机组类似参数建模，使风电场具备了类似常规机组的控制特性，又将常规火电机组和风电场控制对象设置为不同的组别，使得风电场控制对象与常规机组不同的特性在 AGC中得到体现。在建立完常规机组模型和风电场控制模型后，按照发电类型的不同，将常规火电机组和风电场控制对象分成两组，组与组之间和组内可以设置不同的优先级或比例分担策略，实现组内调节需求的优化分配。正常控制时，主控制区域将ACE按照不同类型控制组组间分配策略和控制组内分配策略分配到常规机组和风电场控制对象。在本发明中，披露了一种面向风电资源最大利用的风电场与常规电源一体化协调控制方法。在AGC自动控制时，如果主控制区域调节备用足够，AGC自动将所有风电场出力状态设为风电最大出力状态。自动调节模式风电场控制对象的控制目标设为风电场调节上限，跟踪计划模式风电场的计划值设为风电场调节上限。当负荷特殊时段或电网处于特殊运行方式下，主控制区调节备用不足以保证电网安全稳定运行时，AGC自动对模型内部风电场进行限功率。当ACE处于为正时，AGC根据预设的分担因子将ACE分配给常规机组和所有可控风电场，对各个风电场之间的ACE分配，AGC可以自动的根据预先设置的排序原则将分配到的调节需求再次分配到各个风电场，实现调节需求的快速最优分配。当ACE为负时， 优先增加风电场出力，在风电场出力均达到调节上限时，再将ACE分配到常规机组。通过考虑控制区调节备用与ACE调节方向对风电场控制对象进行区别控制，最终实现风电场与常规电源的一体化协调控制。 本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.风火统一建模参与ACE控制方法，其特征在于，包括下列步骤1)在互联电网系统中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制，主控制区域的控制目标为维持电网的频率在控制范围内，或为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或上述两个控制目标同时满足；2)系统中的主控制区域模型中具有远方可控常规火电机组，在负荷高峰、低谷段都具备上下调节备用；3)在主控制区域AGC模型中建立风电场控制对象模型，风电场控制对象具备与常规火电机组同样的属性和设置参数，包括控制模式、调节范围、装机容量、分担因子、命令死区、 最大命令、远方可控信号、增减闭锁信号和遥测调节上下限；4)风电场控制对象的控制模式为自动模式计划跟踪模式和给定功率模式，风电场控制对象的控制模式可以自由设置，其中，自动模式下风电场控制对象的控制目标位控制区域 ACE，计划跟踪模式下风电场控制对象的控制目标为风电场的发电计划，给定功率模式下的风电场控制目标位人工给定值；5)在建立完常规火电机组模型和风电场控制模型后，按照发电类型的不同，将常规火电机组和风电场控制对象分成常规火电机组控制组和风电场控制对象组，组与组之间和组内设置不同的优先级策略，实现组内调节需求的优化分配；6)在完成控制区域模型、常规机组模型、风电场控制模型的建立和常规机组与风电场控制对象分组控制后，设置控制区域风电总体控制策略，控制区域风电总体控制策略为实时ACE调节或风电最大能力消纳；7)控制区域风电总体控制策略为实时ACE时，风电控制组与常规火电控制组之间采用优先级控制，加出力时风电控制组优先，减出力时常规火电组优先；8)控制区域风电总体控制策略为最大能力风电消纳时，正常控制时风电控制组处于最大出力状态，所有风电场的控制目标为风电场的调节上限；9)当负荷特殊时段或电网处于特殊运行方式下，控制区域风电总体策略为最大能力风电消纳，主控制区调节备用不足以保证电网安全稳定运行时，AGC自动对模型内部风电场进行限功率。
2.根据权利1要求所述的风火统一建模参与ACE控制方法，其特征在于在所述步骤 5)中，正常控制时，主控制区域将ACE按照不同类型控制组组间分配策略和控制组内分配策略分配到常规火电机组和风电场控制对象。
3.根据权利1要求所述的风火统一建模参与ACE控制方法，其特征在于在所述步骤 9)中，当ACE为正时，AGC根据预设的分担因子将ACE分配给常规机组和所有可控风电场，对各个风电场之间的ACE分配，AGC自动根据预先设置的排序原则将分配到的调节需求再次分配到各个风电场，实现调节需求的快速最优分配；当ACE为负时，优先增加风电场出力， 在风电场出力均达到调节上限后，再将ACE分配到常规机组。
全文摘要
本发明公开了一种风火统一建模参与ACE控制方法。在建立控制区域AGC模型时，包含常规火电机组和风电场控制对象，风电场控制对象按照常规火电机组特性类似建模，并按照发电类型的不同将风电场和火电机组分为不同的控制组，组间和组内均可设计不同的排序策略，实现风电场与常规机组共同参与ACE调节。本发明通过考虑控制区调节备用与ACE调节方向对风电场控制对象进行区别控制，最终实现风电场与火电机组的一体化协调控制。
文档编号H02J3/46GK102522781SQ20111044015
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘军, 吴继平, 孙荣富, 张哲 , 张小白, 张涛, 戴则梅, 李丹, 梁吉, 滕贤亮, 牛四清, 董昱, 谢旭, 韦仲康, 高宗和 申请人:华北电网有限公司, 国电南瑞科技股份有限公司