专利名称：间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法
技术领域：
本发明涉及可再生能源发电并网运行领域，具体涉及一种间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法。
背景技术：
近年来，随着国家鼓励开发利用清洁能源相关政策的出台，风电和太阳能光伏发电得到了快速发展。以西北电网为例，目前，西北区域风电装机以甘肃最多。截至2011年底，甘肃共有44座风电场，发电量71. 33亿千瓦时，同比增长248. 13%。其中酒泉地区40座风电场，发电量69. 03亿千瓦时；白银市3座风电场,发电量2. 3亿千瓦时。风电最大发电出力(4月22日)266万千瓦，占当时全网总发电出力的21%，占当时全网用电负荷的27%，占当日全网最低用电负荷的32%。风电最大日发电量(4月10日)5519万千瓦时，占当日全网发电量的18. 4%，占当日全网用电量的25%。在部分时段，风电发电量超过水电，成为系统的第二大电源。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源。太阳能资源丰富，对环境无任何污染，是满足可持续发展需求的理想能源之一。开发利用太阳能资源，减少对化石能源的依赖以至达到替代部分化石燃料的目标，这对经济发展、改善环境和满足人民生活用电需求，将会起到越来越重要的作用。西北电网太阳能资源非常丰富，并拥有广阔平坦的荒漠和戈壁，其中青海省太阳能资源更为突出，据测算全省日光辐射在160 175大卡/平方厘米。青海的柴达木地区，全年日照时数为3553小时，是著名的“阳光地带”，具有很高的开发利用价值。海西地区未利用土地面积达20万平方公里,开发光伏发电项目潜力巨大。可再生清洁能源的大容量接入是必然趋势。风能、太阳能等可再生能源具有环保优势，但也存在着发电出力受气象条件影响很大、很难做长期预测和调度控制等缺点。大容量风电和光伏电源接入系统后，可能对系统产生较大的有功扰动。同时电力系统中，负荷预测存在2%-5%左右的误差；大负荷可能突然波动，机组可能因故障突然停运，这些因素意味着电力系统发电和负荷可能随时发生严重程度不一的功率不平衡。严重功率不平衡会影响到系统频率、电压，甚至脆弱的受端电网可能因严重功率不平衡造成电压失稳。上述大功率缺额扰动事故在大型电力系统中所经历的时间较长，电压和频率的变化范围较大，涉及到的电力系统元件较多，一般的机电暂态仿真程序很难进行准确的模拟。因此，对上述问题的研究需要应用全过程仿真技术。全过程动态仿真着重仿真电力系统的整个变化过程，时域宽，现象描述逼真，可以更加真实地模拟电力系统的实际动态过程，可以使电力系统的仿真研究工作更加深入，便于帮助运行人员制定合理的措施和防御策略避免中长期过程潜在的由于功率不平衡造成的相关电网事故。这对避免发生大面积停电事故，以及研究防止事故扩大的有效措施(第三道防线)具有重要意义。间歇能源并网下的自动发电控制模型与参数设计方法属于可再生能源发电并网运行范畴。但是新能源的快速发展和并网也给电网带来了巨大的挑战，一方面电网无法满足大规模风电和光伏发电的接入和送出问题，另一方面由于风电、太阳能光伏电源从性质上来说属于间歇性能源，具有随机性、波动性以及可调性差等特点，往往需要大量的具有调节性的其他电源配合以抑制其波动性，增加了电网调频和调峰难度，大量的增加了电网旋转备用容量。但是风电、光伏由于其间歇式能源的属性，提供其发电的原动力即是不可控且不可储存的，不能随意增加或者减少，传统发电厂自动发电控制(AGC)的概念无法适用风电、光伏电源有功控制，必须突破现有的有功控制思路，研究能计及间歇性能源特点的自动发电控制(AGC)设计的仿真分析方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，本发明提供的方法保证电网在间歇式能源各种功率扰动下的系统二次调频效果，提高电网对间歇式可再生能源的接纳能力，实现充分利用风能、太阳能光伏电源等清洁能源的目标。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤A、构建并网间歇能源扰动的时间-幅值二维扰动源；B、分析电网功率波动特性；C、确定自动发电控制AGC系统机组的分布方案；D、确定自动发电控制AGC系统电源备用大小以及电源类型；E、制定自动发电控制AGC系统控制策略；F、选择频率偏差系`数；G、确定自动发电控制模型的参数设计方案。其中，所述步骤A中，构建并网间歇能源扰动的时间-幅值二维扰动源包括下述步骤a、构建二次调频效果及其影响因素的函数；b、判断并网间歇能源电源中是否有风电电源；C、判断并网间歇能源电源中是否有光伏电源；d、判断并网间歇能源电源中是否同时有风电和光伏电源；e、形成间歇性能源电源二维扰动域的源样本空间；f、从源样本空间中对角线样本取值；g、得到间歇性能源电源时间-幅值二维扰动源。其中，所述步骤a中，二次调频效果及其影响因素的函数用下式表示Jiasail[(t, v),d,m,c] = f( 二维扰动域，机组分布，控制模型，参数设置)= f [(时间因素，幅值因素)，机组分布，控制模型，参数设置]①；其中t表示二维扰动域中的时间因素^表示二维扰动域中的幅值因素；d表示自动发电控制AGC机组分布的影响；m表示控制模型的影响；c表示参数设置的影响。其中，所述步骤b中，若有风电电源，收集风电电源时间-幅值(tn，vn)样本并进行步骤c ;否则，进行步骤C。
其中，所述步骤c中，若有光伏电源，收集光伏电源时间-幅值(tn，vn)样本并进行步骤d;否则进行步骤d。其中，所述步骤d中，若同时有风电和光伏电源，进行风电和光伏电源(tn，Vn)样本叠加效应分析并进行步骤e ;否则进行步骤e。其中，所述步骤e中，间歇性能源电源二维扰动域的源样本空间用下式表示
权利要求
1.一种间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤A、构建并网间歇能源扰动的时间-幅值二维扰动源；B、分析电网功率波动特性；C、确定自动发电控制AGC系统机组的分布方案；D、确定自动发电控制AGC系统电源备用大小以及电源类型；E、制定自动发电控制AGC系统控制策略；F、选择频率偏差系数；G、确定自动发电控制模型的参数设计方案。
2.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤A中，构建并网间歇能源扰动的时间-幅值二维扰动源包括下述步骤a、构建二次调频效果及其影响因素的函数；b、判断并网间歇能源电源中是否有风电电源；C、判断并网间歇能源电源中是否有光伏电源；d、判断并网间歇能源电源中是否同时有风电和光伏电源；e、形成间歇性能源电源二维扰动域的源样本空间；f、从源样本空间中对角线样本取值；g、得到间歇性能源电源时间-幅值二维扰动源。
3.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤a中，二次调频效果及其影响因素的函数用下式表示fiw[(t,v),d,m, c] =f( 二维扰动域，机组分布，控制模型，参数设置)= f[(时间因素，幅值因素)，机组分布，控制模型，参数设置]①；其中t表示二维扰动域中的时间因素^表示二维扰动域中的幅值因素；(1表示自动发电控制AGC机组分布的影响；m表示控制模型的影响；c表示参数设置的影响。
4.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤b中，若有风电电源，收集风电电源时间-幅值(tn，vn)样本并进行步骤c ;否则，进行步骤C。
5.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤c中，若有光伏电源，收集光伏电源时间-幅值(tn，vn)样本并进行步骤d;否则进行步骤d。
6.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤d中，若同时有风电和光伏电源，进行风电和光伏电源(tn，vn)样本叠加效应分析并进行步骤e ;否则进行步骤e。
7.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤e中，间歇性能源电源二维扰动域的源样本空间用下式表示Itl5V1) ... (Χ，ν )、(t，v)= : ··. ②；a,V1) ··· (m
8.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤f中，从源样本空间中对角线样本取值用下式表示
9.如权利要求2所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤g中，所述式③即为得到的间歇性能源电源时间-幅值二维扰动源。
10.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤B中，基于交换功率偏差评价准则的分析扰动下电网功率波动特性；将二维扰动域中的(tn，vn)作为扰动量，分析在所述扰动量下没有自动发电控制AGC系统时电网功率波动特性。
11.如权利要求10所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，分析电网功率特性包括下述步骤(O统计分区断面功率的变化量，即统计以下变化量
12.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤C中，自动发电控制AGC系统机组的分布方案的目标是断面联络线功率偏差与频率偏差在二次调频阶段归零，即:次《拗结 —Uf =0 ⑦。二次调頻结束υ
13.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤D中，将二维扰动域中的(tn，vn)作为扰动量，电力系统总备用容量用下式表示
14.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤E中，自动发电控制AGC系统控制区域的机组出力满足下式ACEi · Λ f < O ⑩；其中，ACEi表不控制区域i的区域偏差控制/[目号；Af表不电力系统频率偏差；以联络线交换功率恢复、频率恢复与区域偏差控制ACE信号归零三个指标为评价依据，即Λ P、Af与ACE，以三个指标归零的速度、偏差幅值、控制区域之间机组出力配合为评价标准，得出自动发电控制AGC系统控制策略。
15.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤F中，以风电基地二次调频时间范围内最大的波动量(tn，vn)和风电大规模脱网(h，vmax)为扰动源，以I 2%年最大峰值负荷为取值范围，并且结合ACEi · Af > O的情况，比较控制区域的区域频率偏差设置，选择控制区域最优的频率偏差系数。
16.如权利要求1所述的间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，其特征在于，所述步骤G中，所述参数设计包括自然频率偏差系数设计。
全文摘要
本发明涉及可再生能源发电并网运行领域，具体涉及一种间歇能源并网下的自动发电控制模型的设计方法，包括下述步骤A、构建并网间歇能源扰动的时间-幅值二维扰动源；B、分析电网功率波动特性；C、确定自动发电控制AGC系统机组的分布方案；D、确定自动发电控制AGC系统电源备用大小以及电源类型；E、制定自动发电控制AGC系统控制策略；F、选择频率偏差系数；G、确定自动发电控制模型的参数设计方案。本发明计及对大规模风电、太阳能光伏电源对电网二次调频的影响，并可构建在此基础上的自动发电控制模型和参数，有效地应对间歇性风电、光伏电源的功率扰动，提升电网在间歇性能源电源波动下的二次调频效果，提高电网对可再生能源的接纳能力。
文档编号H02J3/38GK103066620SQ20121056778
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者丁剑, 邢田伟, 申洪, 宋新立, 郑超, 宋云亭, 张琳, 姜宁, 魏磊 申请人:中国电力科学研究院, 西北电网有限公司, 国家电网公司