专利名称：风电并网后主站端风电场有功功率控制方法
技术领域：
本发明属电力系统控制领域，尤其涉及一种适应于大规模风电并网的电网主站端 风电场有功功率控制方法。
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。随着国内多个千万千瓦级风电基地的开工建设及大规模风电的并网运行，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，与此同时电网运行管理 和调度控制的难度逐渐增大。现阶段风电并网后，电网采取优先调度和全额收购的方式来接纳风电资源，通过 系统中常规能源机组(如火电机组和水电机组)的协调配合，以及网省调协调，优化资源调 用的方式，跟踪风功率波动，调节风电波动引起的有功不平衡量。大规模风电并网后，风电 爬坡过快，“反调峰”特性，增加了备用容量需求，提高了调节资源性能要求，降低了电网运 行经济性。国内风电发展“大规模集中式开发、高电压远距离输送”特点显著，大潮流有功 输送和大功率支援，不利于电网的安全稳定运行，容易引起输电线路、联络线过载、稳定断 面越限等运行安全问题。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29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，但对于区域电网主站端的风电场具体有 功控制，即采用何种控制模式、何种建模手段、控制的总体思路未深入涉及。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，但是高风电渗透率下，对于风电场自身有功控 制涉及较少。
发明内容
本发明的目的是1、针对风电并网运行情况，提出了含风电场控制的区域电网有功调度框架，减小 风电的波动性对电网调度运行的影响，提升电网对风电的可控能力；2、结合当前实际运行情况，提出风电场控制模式及基于稳定断面的风电场有功控 制，在保证电网安全稳定运行的前提下，进一步解决高风电渗透率下的风电消纳问题。为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案来实现(1)风电场有功控制总体技术构架受风电机组自身运行特性和风力发电的不确 定性影响，风电机组难以具备像常规水、火电机组一样的功率调节能力。将风电机组纳入区 域电网的有功调度与控制框架，采取基于风电功率预测的“发电计划跟踪”为主，风电机组 “直接参与调频”为辅(称之为辅助调频)的控制原则。(2)风电场控制建模常见方法针对风电场有功控制，建立以风电场为控制对象 的控制模型实现风电场有功控制，风电跟踪指令下发至风电场，由当地自动发电控制AGC 系统将计划分解至风机实施控制。(3)风电场有功功率控制模式常规状态下，风电场的有功功率控制模式主要有 限制模式、调整模式、差值控制模式、斜率控制模式、平衡控制模式和频率控制模式。各种控 制模式目的在于提升风电的可控能力，减小风电并网后对电网调节资源的依赖，提高电网 运行的经济性。(4)基于稳定断面的风电场有功功率控制在保证系统风电接入重要断面稳定裕 度前提下，以最大消纳风电等可再生能源为原则，计算得到各风电场的有功出力计划曲线， 实时发布到风电场。基于稳定断面的风电场有功功率控制方法为利用风电送出断面的稳定极限公式， 得到风电场总可调出力的上限值，将其按照基于综合分担因子的风电场功率分配策略在直 调风电场中进行分配；当风电场总出力位于输送通道的安全裕度范围内，不限制各风电场 的出力，按照最大能力来安排风电场出力；当风电总出力超过了风电通道的最大输送能力， 所有风场按照修正方法重新安排发电。本发明中的基于稳定断面的风电场有功功率控制方法如下风电送出断面的稳定极限Plim满足下列公式Plim =Pchg, 5min+ P norm +Pwf, max(1)
式中，P。hg,5min为根据风电的历史数据统计规律确定的5Min内风功率最大变化值 (即稳定断面最小安全裕度)，Pnorm为常规机组发电最小出力，
Pwf,_为风电通道的最大输送能力，即风电场的最大出力。APwf = Pwf-Pwf, max (2)式中，APwf为风电通道超送的部分，Pwf为风电通道实际输送功率，Pwf,_为风电通 道的最大输送能力；必要时可以切除风电场的馈线。具体分配原则为单个风电场由加权公式得到该风场参与有功出力分配的分担因子(综合评分)Fi, 计算公式为Fi = Σ λ ^Sjji (3)Σ Aj=I (4)式中λ ^为每个子项的权重系数，Sj,,为风电场具体子项的评分，如调节精度、调 节速度、预测偏差等。由分担因子，可得到风电场有功出力的分配公式
权利要求
1.一种风电并网后主站端风电场有功功率控制方法，其特征在于，包括下列内容(1)风电场有功功率控制总体技术构架建立将风电机组纳入区域电网的有功调度与 控制框架，采取基于风电功率预测的“发电计划跟踪”为主，风电机组“直接参与调频”为辅， 称之为辅助调频的控制原则；(2)风电场控制建模方法针对风电场有功控制，建立以风电场为控制对象的控制模 型实现风电场有功控制，风电跟踪指令下发至风电场，由当地自动发电控制AGC系统将风 电场计划分解至风机实施控制；(3)风电场有功功率控制模式常规状态下，风电场的有功功率控制模式包括限制 模式、调整模式、差值控制模式、斜率控制模式、平衡控制模式和频率控制模式；(4)基于稳定断面的风电场有功功率控制在保证系统风电接入重要断面稳定裕度前 提下，以最大消纳可再生能源为原则，计算得到各风电场的有功出力计划曲线，实时发布到 风电场。
2.根据权利要求1所述的风电并网后主站端风电场有功功率控制 方法，其特征在于在所述步骤(1)中，风电场参与辅助调频的方式包含 ①高频降出力调节，即放弃部分风能；②低频减出力调节，机组在正常情况下“降额发电”， 始终留有一定的备用裕度。
3.根据权利要求1所述的风电并网后主站端风电场有功功率控制方法，其特征在于 在所述步骤(2)中，风电场计划的制定过程，采用多时间维度的风电功率预测，并结合相 同时间级的负荷预测、网络拓扑、检修计划，综合电网的安全约束，优化编制经济目标最优 的发电计划。
4.根据权利要求1所述的风电并网后主站端风电场有功功率控制方法，其特征在于 在所述步骤(2 )中，风电场有功控制对象的建模方法，由风电场控制器WPLC来表征风电场 控制设备，针对风电控制特性设计表结构及参数。
5.根据权利要求1所述的风电并网后主站端风电场有功功率控制方法，其特征在于 在所述步骤(4)中，基于稳定断面的风电场有功功率控制方法为利用风电送出断面的稳定 极限公式，得到风电场总可调出力的上限值，将其按照基于综合分担因子的风电场功率分 配策略在直调风电场中进行分配；当风电场总出力位于输送通道的安全裕度范围内，不限 制各风电场的出力，按照最大能力来安排风电场出力；当风电总出力超过了风电通道的最 大输送能力，所有风场按照修正方法重新安排发电。
全文摘要
本发明公开了一种适应于大规模风电并网的电网主站端风电场有功功率控制方法。属电力系统技术领域，包括以下步骤提出了含风电场控制的区域电网有功调度框架，采取基于风电功率预测的“发电计划跟踪”为主，风电机组“直接参与调频”为辅的控制原则，对新增功能短期和超短期风电功率预测，以及辅助调频进行了描述；给出了包含风电场控制的有功调度系统的数据流程设计；提出风电场有功功率控制模式，基于目前风电控制技术，通过风电参与电网有功控制，提高电网的风电接纳能力；提出基于稳定断面的风电场有功功率控制，在保证系统风电接入重要断面稳定裕度前提下，以最大消纳风电等可再生能源为原则，进一步解决高风电渗透率下的风电消纳问题。
文档编号F03D7/00GK102003337SQ20101055519
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者万筱钟, 白兴忠, 腾贤亮 申请人:国电南瑞科技股份有限公司, 西北电网有限公司