一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法，包括：根據風電場出力短期預測曲線和負荷預測曲線，將風電場出力定義為一個負的負荷，疊加在原有負荷上，形成等效負荷曲線；根據等效負荷曲線，在考慮水火電機組的運行情況和機組約束條件的基礎上，安排水電機組和火電機組的發電計劃；根據火電機組的發電計劃和額定容量，確定火電機組的備用容量，留取一部分備用容量為風電調峰，另一部分作為備用容量裕度；當風電波動時，根據火電機組為風電調峰的備用容量大小，通過調整火電機組的輸出功率來平抑風電波動。該大規模風電與高載能負荷協調控制方法，可以實現產量高、適用范圍大和穩定性好的優點。
【專利說明】—種大規模風電與高載能負荷協調控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風電并網【技術領域】，具體地，涉及一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法。
【背景技術】
[0002]由于風能具有隨機性與間歇性的特點，使得風能的利用具有一定的不確定性。同時，隨著現代風力發電技術的不斷進步，風電機組的單機容量不斷增大。風電場越來越多地采用大規模集中接入輸電網絡的方式，這使得風電對電網的影響不斷增大。
[0003]與水力發電、火力發電等常規發電方式相比，風力發電最根本的不同點在于其有功出力的隨機性、間歇性和不可控性。這一特點決定了風電并網運行時，必須由常規電源為其有功出力提供補償，以保證對負荷安全可靠地供電。這種對風電有功出力的補償調節可看作是對負的負荷波動的跟蹤，即對風電“調峰”。
[0004]由于有的地區的水電大部分為季節性小水電，調峰能力有限，而火電調峰受鍋爐、汽輪機最小技術出力等條件的制約，火電機組的調整范圍較小，且鍋爐、汽輪機等設備受交變應力的限制，調整速度較慢，一般凝汽式機組每min僅可調整裝機容量的1%左右，對于熱電聯產機組，其最小出力和調整速度還要受供熱的限制。由此，常規電源參與調峰的能力可能無法滿足大規模風電的發展，需要研究風電“直供”和就地轉化的途徑，發展適應新能源發電出力特性的高科技、高附加值的載能產業。
[0005]現有的研究成果表明氯堿和鋁電解等高載能負荷的生產均能較好地適應風電特性，生產過程中的電壓或電流波動，只影響產品的產量，不影響產品的質量和工藝流程；雙路供電時，網電自動為風電補充，保證了電解槽的穩定生產。因此，如果在電網調峰能力不足的情況下，通過控制高載能負荷來平抑風電波動，從而起到削峰填谷的作用。為此，需要開發一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法尤為重要。
[0006]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在產量低、適用范圍小和
穩定性差等缺陷。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法，以實現產量高、適用范圍大和穩定性好的優點。
[0008]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，包括:
[0009]步驟1:根據風電場出力短期預測曲線和負荷預測曲線，將風電場出力定義為一個負的負荷，置加在原有負荷上，形成等效負荷曲線；
[0010]步驟2:根據等效負荷曲線，在考慮水火電機組的運行情況和機組約束條件的基礎上，安排水電機組和火電機組的發電計劃；
[0011]步驟3:根據火電機組的發電計劃和額定容量，確定火電機組的備用容量，留取一部分備用容量為風電調峰，另一部分作為備用容量裕度；
[0012]步驟4:當風電波動時，根據火電機組為風電調峰的備用容量大小，通過調整火電機組的輸出功率來平抑風電波動。
[0013]進一步地，在所述步驟4之后，還包括:
[0014]步驟5:當火電調峰能力無法滿足風電波動時，通過分組投切高載能負荷來平抑風電波動。
[0015]進一步地，在步驟5中，高載能負荷是指:生產用電單耗高且電費成本在總生產成本中占有較大比重的工業行業的負荷，主要包括有色金屬冶煉及壓延加工業負荷、黑色金屬冶煉及壓延加工業負荷、化學原料及化學制品制造業負荷、非金屬礦物制品業負荷。
[0016]進一步地，在步驟5中，考慮高載能負荷存在不同的類型，而且重點研究負荷在風電波動下的穩態運行，將高載能負荷按恒功率模型考慮，具備分組投切功能；數學描述如下:
[0017]
【權利要求】
1.一種大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，包括: 步驟1:根據風電場出力短期預測曲線和負荷預測曲線，將風電場出力定義為一個負的負荷，置加在原有負荷上，形成等效負荷曲線； 步驟2:根據等效負荷曲線，在考慮水火電機組的運行情況和機組約束條件的基礎上，安排水電機組和火電機組的發電計劃； 步驟3:根據火電機組的發電計劃和額定容量，確定火電機組的備用容量，留取一部分備用容量為風電調峰，另一部分作為備用容量裕度； 步驟4:當風電波動時，根據火電機組為風電調峰的備用容量大小，通過調整火電機組的輸出功率來平抑風電波動。
2.根據權利要求1所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在所述步驟4之后，還包括: 步驟5:當火電調峰能力無法滿足風電波動時，通過分組投切高載能負荷來平抑風電波動。
3.根據權利要求2所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟5中，高載能負荷是指:生產用電單耗高且電費成本在總生產成本中占有較大比重的工業行業的負荷，主要包括有色金屬冶煉及壓延加工業負荷、黑色金屬冶煉及壓延加工業負荷、化學原料及化學制品制造業負荷、非金屬礦物制品業負荷。
4.根據權利要求3所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟5中，考慮高載能負荷存在不同的類型，而且重點研究負荷在風電波動下的穩態運行，將高載能負荷按恒功率模型考慮，具備分組投切功能；數學描述如下:
5.根據權利要求2-4中任一項所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在所述步驟5之后，還包括: 步驟6:當風電場的實際出力與預測出力存在偏差時，采用火電機組留有的備用容量裕度來調節輸出功率，從而實現整個系統的功率平衡。
6.根據權利要求5所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟6中，根據風電對電網等效負荷峰谷差改變模式的不同，將風電日內出力調峰效應分為反調峰、正調峰2種情形；其中: ⑴風電反調峰是指風電日內出力增減趨勢與系統負荷曲線相反，風電接入后系統等效負荷曲線峰谷差增大，數學描述如下: ΔΡΕi’>ΔΡΕ?；式中，APEi為風電接入前原等效負荷最大峰谷差，APEi’為風電接入后的等效負荷最大峰谷差； ⑵風電正調峰指風電日內出力增減趨勢與系統負荷基本相同，且風電出力峰谷差小于系統負荷峰谷差，風電接入后系統等效負荷曲線峰谷差減小，數學描述如下:
ΔΡΕ?，< ΛΡΕ1。
7.根據權利要求6所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟6中，當火電調峰能力無法滿足風電波動時，通過分組投切高載能負荷來平抑風電波動的控制方法，根據火電機組調峰容量Pe與風電接入后日最大等效負荷差APEi’的關系來判斷火電機組能否完全平衡風電和負荷；其中: ⑴當Pe≥ΔΡε/時，即風電正調峰情況下，火電機組的調峰能力能夠滿足系統的調峰需求，不需要高載能負荷參與調峰； (2)當Pe〈APEi’時，即風電反調峰情況下，火電機組的調峰能力不能夠滿足系統的需求，需要高載能負荷參與調峰； 若Ph > ( Λ Pe/ -Pg)，高載能負荷能夠平衡剩余的等效負荷需要投切的高載能負荷容量P/為APEi’ -Pg ;gPH〈(APEi’ -Pe)，則投入高載能負荷還不能滿足調峰要求，負荷小、風電大的情況下就需要棄風，負荷大，風電小的時候就需要增加火電出力，中斷高載能負荷。
8.根據權利要求1-4中任一項所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟I中，超短期負荷預測是指:5min到60min的超短期負荷預測，其預測原理是利用現有的歷史數據，采用適當的數學預測模型對預測日的負荷值進行估計；所述歷史數據包括歷史日負荷數據和氣象數據。
9.根據權利要求1-4中任一項所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟I中，超短期風電功率預測是指:基于時間序列的超短期風能預測方法，該方法根據系統觀測得到的時間序列數據，通過曲線擬合和參數估計來建立數學模型，進而用此數學模型來預測未來的數據； 采用自回歸移動平均ARMA模型對風電功率進行預測；自回歸移動平均ARMA模型的結構如下:
10.根據權利要求1-4中任一項所述的大規模風電與高載能負荷協調控制方法，其特征在于，在步驟I中，等效負荷是指:原日負荷減去風電出力，即: Pel ⑴=Pl ⑴-Pw ⑴； 式中，PlQ)為第i日的原負荷Λ⑴為第i日的風電出力；PEL(i)為第i日的等效負荷。
【文檔編號】H02J3/46GK103560530SQ201310542420
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】劉福潮, 文晶, 梁雅芳, 徐鵬, 陳文清, 但揚清, 呂泉成, 吳曉丹, 張宇澤, 劉文穎 申請人:國家電網公司, 國網甘肅省電力公司, 國網甘肅省電力公司電力科學研究院, 華北電力大學