專利名稱：間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法
技術領域：
本發明涉及可再生能源發電并網運行領域，具體涉及一種間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法。
背景技術：
近年來，隨著國家鼓勵開發利用清潔能源相關政策的出臺，風電和太陽能光伏發電得到了快速發展。以西北電網為例，目前，西北區域風電裝機以甘肅最多。截至2011年底，甘肅共有44座風電場，發電量71. 33億千瓦時，同比增長248. 13%。其中酒泉地區40座風電場，發電量69. 03億千瓦時；白銀市3座風電場,發電量2. 3億千瓦時。風電最大發電出力(4月22日)266萬千瓦，占當時全網總發電出力的21%，占當時全網用電負荷的27%，占當日全網最低用電負荷的32%。風電最大日發電量(4月10日)5519萬千瓦時，占當日全網發電量的18. 4%，占當日全網用電量的25%。在部分時段，風電發電量超過水電，成為系統的第二大電源。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的自然能源。太陽能資源豐富，對環境無任何污染，是滿足可持續發展需求的理想能源之一。開發利用太陽能資源，減少對化石能源的依賴以至達到替代部分化石燃料的目標，這對經濟發展、改善環境和滿足人民生活用電需求，將會起到越來越重要的作用。西北電網太陽能資源非常豐富，并擁有廣闊平坦的荒漠和戈壁，其中青海省太陽能資源更為突出，據測算全省日光輻射在160 175大卡/平方厘米。青海的柴達木地區，全年日照時數為3553小時，是著名的“陽光地帶”，具有很高的開發利用價值。海西地區未利用土地面積達20萬平方公里,開發光伏發電項目潛力巨大。可再生清潔能源的大容量接入是必然趨勢。風能、太陽能等可再生能源具有環保優勢，但也存在著發電出力受氣象條件影響很大、很難做長期預測和調度控制等缺點。大容量風電和光伏電源接入系統后，可能對系統產生較大的有功擾動。同時電力系統中，負荷預測存在2%-5%左右的誤差；大負荷可能突然波動，機組可能因故障突然停運，這些因素意味著電力系統發電和負荷可能隨時發生嚴重程度不一的功率不平衡。嚴重功率不平衡會影響到系統頻率、電壓，甚至脆弱的受端電網可能因嚴重功率不平衡造成電壓失穩。上述大功率缺額擾動事故在大型電力系統中所經歷的時間較長，電壓和頻率的變化范圍較大，涉及到的電力系統元件較多，一般的機電暫態仿真程序很難進行準確的模擬。因此，對上述問題的研究需要應用全過程仿真技術。全過程動態仿真著重仿真電力系統的整個變化過程，時域寬，現象描述逼真，可以更加真實地模擬電力系統的實際動態過程，可以使電力系統的仿真研究工作更加深入，便于幫助運行人員制定合理的措施和防御策略避免中長期過程潛在的由于功率不平衡造成的相關電網事故。這對避免發生大面積停電事故，以及研究防止事故擴大的有效措施(第三道防線)具有重要意義。間歇能源并網下的自動發電控制模型與參數設計方法屬于可再生能源發電并網運行范疇。但是新能源的快速發展和并網也給電網帶來了巨大的挑戰，一方面電網無法滿足大規模風電和光伏發電的接入和送出問題，另一方面由于風電、太陽能光伏電源從性質上來說屬于間歇性能源，具有隨機性、波動性以及可調性差等特點，往往需要大量的具有調節性的其他電源配合以抑制其波動性，增加了電網調頻和調峰難度，大量的增加了電網旋轉備用容量。但是風電、光伏由于其間歇式能源的屬性，提供其發電的原動力即是不可控且不可儲存的，不能隨意增加或者減少，傳統發電廠自動發電控制(AGC)的概念無法適用風電、光伏電源有功控制，必須突破現有的有功控制思路，研究能計及間歇性能源特點的自動發電控制(AGC)設計的仿真分析方法。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，本發明提供的方法保證電網在間歇式能源各種功率擾動下的系統二次調頻效果，提高電網對間歇式可再生能源的接納能力，實現充分利用風能、太陽能光伏電源等清潔能源的目標。本發明的目的是采用下述技術方案實現的一種間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟A、構建并網間歇能源擾動的時間-幅值二維擾動源；B、分析電網功率波動特性；C、確定自動發電控制AGC系統機組的分布方案；D、確定自動發電控制AGC系統電源備用大小以及電源類型；E、制定自動發電控制AGC系統控制策略；F、選擇頻率偏差系`數；G、確定自動發電控制模型的參數設計方案。其中，所述步驟A中，構建并網間歇能源擾動的時間-幅值二維擾動源包括下述步驟a、構建二次調頻效果及其影響因素的函數；b、判斷并網間歇能源電源中是否有風電電源；C、判斷并網間歇能源電源中是否有光伏電源；d、判斷并網間歇能源電源中是否同時有風電和光伏電源；e、形成間歇性能源電源二維擾動域的源樣本空間；f、從源樣本空間中對角線樣本取值；g、得到間歇性能源電源時間-幅值二維擾動源。其中，所述步驟a中，二次調頻效果及其影響因素的函數用下式表示Jiasail[(t, v),d,m,c] = f( 二維擾動域，機組分布，控制模型，參數設置)= f [(時間因素，幅值因素)，機組分布，控制模型，參數設置]①；其中t表示二維擾動域中的時間因素^表示二維擾動域中的幅值因素；d表示自動發電控制AGC機組分布的影響；m表示控制模型的影響；c表示參數設置的影響。其中，所述步驟b中，若有風電電源，收集風電電源時間-幅值(tn，vn)樣本并進行步驟c ;否則，進行步驟C。
其中，所述步驟c中，若有光伏電源，收集光伏電源時間-幅值(tn，vn)樣本并進行步驟d;否則進行步驟d。其中，所述步驟d中，若同時有風電和光伏電源，進行風電和光伏電源(tn，Vn)樣本疊加效應分析并進行步驟e ;否則進行步驟e。其中，所述步驟e中，間歇性能源電源二維擾動域的源樣本空間用下式表示
權利要求
1.一種間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟A、構建并網間歇能源擾動的時間-幅值二維擾動源；B、分析電網功率波動特性；C、確定自動發電控制AGC系統機組的分布方案；D、確定自動發電控制AGC系統電源備用大小以及電源類型；E、制定自動發電控制AGC系統控制策略；F、選擇頻率偏差系數；G、確定自動發電控制模型的參數設計方案。
2.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟A中，構建并網間歇能源擾動的時間-幅值二維擾動源包括下述步驟a、構建二次調頻效果及其影響因素的函數；b、判斷并網間歇能源電源中是否有風電電源；C、判斷并網間歇能源電源中是否有光伏電源；d、判斷并網間歇能源電源中是否同時有風電和光伏電源；e、形成間歇性能源電源二維擾動域的源樣本空間；f、從源樣本空間中對角線樣本取值；g、得到間歇性能源電源時間-幅值二維擾動源。
3.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟a中，二次調頻效果及其影響因素的函數用下式表示fiw[(t,v),d,m, c] =f( 二維擾動域，機組分布，控制模型，參數設置)= f[(時間因素，幅值因素)，機組分布，控制模型，參數設置]①；其中t表示二維擾動域中的時間因素^表示二維擾動域中的幅值因素；(1表示自動發電控制AGC機組分布的影響；m表示控制模型的影響；c表示參數設置的影響。
4.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟b中，若有風電電源，收集風電電源時間-幅值(tn，vn)樣本并進行步驟c ;否則，進行步驟C。
5.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟c中，若有光伏電源，收集光伏電源時間-幅值(tn，vn)樣本并進行步驟d;否則進行步驟d。
6.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟d中，若同時有風電和光伏電源，進行風電和光伏電源(tn，vn)樣本疊加效應分析并進行步驟e ;否則進行步驟e。
7.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟e中，間歇性能源電源二維擾動域的源樣本空間用下式表示Itl5V1) ... (Χ，ν )、(t，v)= : ··. ②；a,V1) ··· (m
8.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟f中，從源樣本空間中對角線樣本取值用下式表示
9.如權利要求2所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟g中，所述式③即為得到的間歇性能源電源時間-幅值二維擾動源。
10.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟B中，基于交換功率偏差評價準則的分析擾動下電網功率波動特性；將二維擾動域中的(tn，vn)作為擾動量，分析在所述擾動量下沒有自動發電控制AGC系統時電網功率波動特性。
11.如權利要求10所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，分析電網功率特性包括下述步驟(O統計分區斷面功率的變化量，即統計以下變化量
12.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟C中，自動發電控制AGC系統機組的分布方案的目標是斷面聯絡線功率偏差與頻率偏差在二次調頻階段歸零，即:次《拗結 —Uf =0 ⑦。二次調頻結束υ
13.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟D中，將二維擾動域中的(tn，vn)作為擾動量，電力系統總備用容量用下式表示
14.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟E中，自動發電控制AGC系統控制區域的機組出力滿足下式ACEi · Λ f < O ⑩；其中，ACEi表不控制區域i的區域偏差控制/[目號；Af表不電力系統頻率偏差；以聯絡線交換功率恢復、頻率恢復與區域偏差控制ACE信號歸零三個指標為評價依據，即Λ P、Af與ACE，以三個指標歸零的速度、偏差幅值、控制區域之間機組出力配合為評價標準，得出自動發電控制AGC系統控制策略。
15.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟F中，以風電基地二次調頻時間范圍內最大的波動量(tn，vn)和風電大規模脫網(h，vmax)為擾動源，以I 2%年最大峰值負荷為取值范圍，并且結合ACEi · Af > O的情況，比較控制區域的區域頻率偏差設置，選擇控制區域最優的頻率偏差系數。
16.如權利要求1所述的間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，其特征在于，所述步驟G中，所述參數設計包括自然頻率偏差系數設計。
全文摘要
本發明涉及可再生能源發電并網運行領域，具體涉及一種間歇能源并網下的自動發電控制模型的設計方法，包括下述步驟A、構建并網間歇能源擾動的時間-幅值二維擾動源；B、分析電網功率波動特性；C、確定自動發電控制AGC系統機組的分布方案；D、確定自動發電控制AGC系統電源備用大小以及電源類型；E、制定自動發電控制AGC系統控制策略；F、選擇頻率偏差系數；G、確定自動發電控制模型的參數設計方案。本發明計及對大規模風電、太陽能光伏電源對電網二次調頻的影響，并可構建在此基礎上的自動發電控制模型和參數，有效地應對間歇性風電、光伏電源的功率擾動，提升電網在間歇性能源電源波動下的二次調頻效果，提高電網對可再生能源的接納能力。
文檔編號H02J3/38GK103066620SQ20121056778
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者丁劍, 邢田偉, 申洪, 宋新立, 鄭超, 宋云亭, 張琳, 姜寧, 魏磊 申請人:中國電力科學研究院, 西北電網有限公司, 國家電網公司