一種消弭風光電并網大波動風險的方法
【專利摘要】一種消弭風光電并網大波動風險的方法，利用特高壓直流通道輸送的有功功率能夠通過對兩端換流器的快速調節來控制的特點，通過對特高壓直流外送通道輸送功率上、下調節來消弭廣域風光電并網對電網帶來的大波動風險。本發明基于對風光電并網波動情況的分析，計算風光電并網大波動風險量Rk和特高壓直流外送通道可調出力空間，得到特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險的功率控制策略。
【專利說明】
一種消弭風光電并網大波動風險的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種消弭風光電并網大波動風險的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，為實現能源的可持續發展，風力發電和光伏發電等清潔能源發電得到了 長足的發展。然而，新能源的大規模發展也給電網的安全穩定運行帶來了隱患。
[0003] -方面，風、光電出力具有隨機性和波動性，其輸出功率的變化會對系統的電壓、 線路傳輸功率造成不同程度的影響，對電網安全穩定運行帶來一定的風險。通常常規火電、 水電機組出力都具有一定的可調空間，以滿足電力系統調峰、調頻的需要。當并網風、光電 場有功出力產生的大波動超出常規火電、水電機組可調節的范圍時，超出部分即為風光電 并網大波動風險。如何解決風、光電并網的大波動風險一直是一大技術難題。現有研究中多 采用儲能技術來平抑風、光電并網大波動問題，但受制于儲能成本較高的因素難以大規模 應用。
[0004] 另一方面，對開發風、光等新能源的地區電網來說，由于風、光電裝機規模逐漸增 大，而負荷需求小并趨于穩定，因此，還存在消納難的問題;從全球來看，國家和地區間的能 源資源與能源需求分布非常不平衡，能源基地遠離負荷中心的分布特點使得超遠距離、超 大容量的電力傳輸成為必然，為減少輸電線路的損耗和節約寶貴的土地資源，特高壓直流 輸電技術越來越受到重視，成為解決新能源消納難的重要途徑。特高壓直流外送通道是利 用特高壓直流輸電技術，將送端電網大規模的新能源電力輸送至有負荷需求的受端電網。 一個兩端直流輸電系統由兩端換流站(整流站、逆變站)和直流輸電線路構成，直流輸電線 路輸送功率可通過對直流輸電系統的兩端換流器的快速調節來控制。雖然直流輸電線路的 造價和運行費用比交流輸電低，但是換流站的造價和運行費用均比交流變電站高，并且直 流輸電系統對兩端換流器在技術方面要求很高。因此，目前直流輸電還只是交流輸電的補 充。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是克服現有技術中的風光電并網大波動風險的問題，提出一種新的 消弭廣域風光電并網大波動風險的方法。本發明在消除風光電并網大波動風險的同時，提 高特高壓直流通道的效用。
[0006] 本發明利用特高壓直流通道輸送的有功功率可以通過對兩端換流器的快速調節 來控制的特點，通過對特高壓直流外送通道輸送功率的上、下調節，消弭風光電并網對電網 帶來的大波動風險。
[0007] 為達到上述目的，本發明采用技術方案是：
[0008] 步驟1，由于風、光電出力曲線均具有隨機性和波動性。因此，風、光電場在同一時 段的風電出力數據和光電出力數據，按對應時間點相加后，風光電互補情況是不確定的。且 風、光電出力曲線經過互補，形成的風光電合成出力曲線將呈現與風電出力、光電出力曲線 不同的波動特性。本發明將給定風、光電場某一時段的風電出力預測數據和光電出力預測 數據按對應時間點相加，得到風光電合成出力值，并利用下式求解風光電合成出力波動量：
[0009] APk = Pk(t)-Pk(t-l)
[0010] 式中，pk( t)表示時間點t對應的風光電合成出力值，Pk( t-i)表示時間點(t-i)對應 的風光電合成出力值，其中，時間點(t-1)表不時間點t的前一時間點。
[0011] 風、光電實際出力數據是以一定的時間間隔對風、光電出力采樣得到的。風、光電 出力預測數據對應的時間點間隔與風、光電實際出力數據采樣間隔相同。
[0012] 步驟2,根據風光電并網大波動風險模型《 = ，
[0013] 分別求解在Δ pk>0及Δ pk〈0情況下，風光電并網大波動風險量Rk。
[0014] 其中，APTh表示風、光電并網地區常規火電、水電機組可調出力，Sk表示系統允許 的風光電波動極限，η表示常規火電、水電機組總數，R表示風光電并網大波動風險；
[0015] 通常常規火電、水電機組出力都具有一定的可調空間，以滿足電力系統調峰、調頻 的需要。當并網風、光電場有功出力產生大波動時，電力系統首先調用常規火電、水電機組 平抑波動，若調用常規火電、水電機組可調出力后，仍無法平抑波動，則剩余部分即稱為風 光電并網大波動風險，通過調整特高壓直流外送通道輸送功率消弭;若調用常規火電、水電 機組可調出力后，風光電并網大波動被平抑，則無需調整特高壓直流外送通道輸送功率。
[0016] 步驟3，確定特高壓直流外送通道可調出力空間為：
[0017] 0 · 8PDCe^iPDC^i 1 · lPDCe
[0018] 式中，Pdc#示特高壓直流外送通道額定功率，PDC表示特高壓直流外送通道實際傳 輸功率。
[0019] 直流輸電工程設計時，一般首先選定工程的最小直流電流值。直流輸送功率為直 流電壓和電流的乘積，當最小直流電流確定后，則可得到最小直流輸送功率。直流輸電工程 降壓運行方式的直流電壓通常為額定直流電壓的70%_80%。并且大部分直流輸電工程在 所選的平波電感值情況下，降壓運行不需要提高最小直流電流值。保守地說，直流輸送功率 下限可達線路輸送功率的80%。另外，特高壓直流輸電系統均具有1.1倍的長期過載能力和 3s的1.5倍短時過載能力。
[0020] 步驟4,分別對比APk>0及APk〈〇情況下的風光電并網大波動風險量和特高壓直流 外送通道的可調出力大小，得到特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險的功率控 制策略。
[0021 ] 所述步驟2通過如下方式求解風光電并網大波動風險量Rk:
[0022] 步驟2.1，當△ Pk>0時，風光電合成出力向上波動，需要常規機組減少出力，以便對 該時段風光電并網大波動起到平抑作用。根據風光電并網大波動風險模型，得到此時段風 光電并網大波動風險量Rk:
[0023]
[0024] 瓦甲，Δρτω衣不風、尤電開FJ地區常規火電、水電機組向下的可調出力。
[0025]步驟2.2,當APk〈0時，風光電合成出力向下波動，需要常規機組增加出力，以便對 該時段風光電并網大波動起到平抑作用。根據風光電并網大波動風險模型，得到此時風光 電并網大波動風險量Rk可由下式表示：
[0026]
[0027] 式中，APThu表示風、光電并網地區常規火電、水電機組向上的可調出力。
[0028] 所述步驟3可得到特高壓直流外送通道向上的可調出力為：
[0029] Δ Pdcu = 1. lPDCe_PDC
[0030] 特高壓直流外送通道向下的可調出力為：
[0031] APDcd = PDC-0.8PDCe
[0032] 所述步驟4分別對比△ Pk>0及△ Pk〈0情況下的風光電并網大波動風險量和特高壓 直流外送通道的可調出力大小，制定特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險的功 率控制策略，具體步驟如下：
[0033] 步驟4.1，當APk>〇時，風光電合成出力向上波動，需要特高壓直流輸電通道增大 外送功率來消弭風光電并網大波動風險量R k，特高壓直流輸電通道向上的可調出力為Δ PdCuo
[0034] (1)若Rk<0,無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸 送功率的調節量AP DC = 〇。
[0035] (2)若0〈Rk彡APDCu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量Δ/仏與風 光電并網大波動風險量Rk大小相等。
[0036] (3)若Rk> Δ PDCu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量：
[0037] ΔΡ,;(. = = 1.1
[0038] 步驟4.2，當Δ Pk〈〇時，風光電合成出力向下波動，需要特高壓直流輸電通道減小 外送功率來消弭大波動風險量Rk，特高壓直流輸電通道向下的可調出力為AP DCd;
[0039] (1)若Rk<0,無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸 送功率的調節量AP DC = 〇。
[0040] (2)若0〈Rk彡APDCd，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量ΔΡ&與風 光電并網大波動風險量Rk大小相等。
[0041 ] (3)若Rk> Δ PDCd，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量 = =尸漢-0.8戶船>。
[0042] 與現有協同新能源并網、抑制新能源波動技術相比，本發明利用如今發展迅速的 特高壓直流輸電通道來消弭新能源并網大波動風險，在準確消弭風光電并網大波動風險的 同時，利用了特高壓直流輸電，增加了特高壓直流輸電通道的效用。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發明方法的總體實施流程框圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0045]如圖1所示，本發明利用特高壓直流外送通道消弭廣域風光電并網大波動風險方 法的具體步驟如下：
[0046] 步驟1，將給定風、光電場某一時段的風電出力預測數據和光電出力預測數據按對 應時間點相加，得到風光電合成出力值，利用下式求解風光電合成出力波動量△ Pk:
[0047] Δ Pk = Pk(t)-Pk(t-l)
[0048] 并判斷Δ Ρ!〇Η負情況，若Δ Pk>〇進入步驟2;若Δ Pk〈〇進入步驟4;
[0049] 上式中，Pk(t)表示時間點t對應的風光電合成出力值，Pk(t-1)表示時間點(t-Ι)對 應的風光電合成出力值，其中，時間點(t-1)表不時間點t的前一時間點；
[0050] 步驟2，當Δ pk>0時，根據風光電并網大波動風險模型/? = Δ/^,-4-得到 i=0 η 風光電并網大波動風險量.馬·.Α ;特高壓直流外送通道向上的可調出力為：
[0051] Δ PdCu = 1 . 1 PDCe_PDC ；
[0052] 步驟3,對比風光電并網大波動風險量和特高壓直流外送通道的可調出力大小，得 到特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險策略：
[0053] (1)若Rk<0,無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸 送功率的調節量apdc=〇;
[0054] (2)若0〈Rk彡APDCu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量ΔΡ;與風 光電并網大波動風險量Rk大小相等；
[0055] (3)若Rk> Δ PDCu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量：
[0056] AP〇c = APdCu = 1.\Ρ?(：?! -PDC D n
[0057] 步驟4,當APk〈〇時，根據風光電并網大波動風險模型及=#-悉-Σ?/,:，得到 風光電并網大波動風險仏=的-4-特高壓直流外送通道向下的可調出力為： 純
[0058] APDCd = PDC-0.8PDCe；
[0059] 步驟5,對比風光電并網大波動風險量和特高壓直流外送通道的可調出力大小，得 到特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險策略。
[0060] (1)若Rk<0,無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸 送功率的調節量ap dc=〇;
[0061] (2)若0〈Rk彡APDCd，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量AP&與風 光電并網大波動風險量Rk大小相等；
[0062] (3)若Rk> Δ PDCd，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量 AP；：c = APIH.y-=I-)K.-<lSP!K,
【主權項】
1. 一種消弭風光電并網大波動風險的方法，其特征在于:所述方法通過對特高壓直流 外送通道輸送功率的上、下調節來消弭廣域風光電并網對電網帶來的大波動風險；步驟如 下： 步驟1將給定風、光電場某一時段的風電出力預測數據和光電出力預測數據按對應時 間點相加，得到風光電合成出力值，利用下式求解風光電合成出力波動量： APk = Pk(t)-Pk(t-l) 式中，Pk( t)表示時間點t對應的風光電合成出力值，Pk( t-1)表示時間點（t-1)對應的風 光電合成出力值，其中，時間點(t-1)表不時間點t的前一時間點； 步驟2，根據風光電并網大波動風險模型：分別求解在△ Pk>〇及a pk〈0情況下，風光電并網大波動風險量Rk; 上式中，APTh表示風、光電并網地區常規火電、水電機組可調出力，31{表示電力系統允 許的風光電波動極限，η表示常規火電、水電機組總數，R表示風光電并網大波動風險； 步驟3，確定特高壓直流外送通道可調出力空間為： O · 8PDCe < Pdc < 1 · I PDCe 式中，Pd^表示特高壓直流外送通道額定功率，PDe表示特高壓直流外送通道實際傳輸功 率； 步驟4,分別對比Δ Pk>〇及Δ Pk〈〇情況下的風光電并網大波動風險量和特高壓直流外 送通道的可調出力大小，得到特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險的功率控制 策略。2. 按照權利要求1所述的消弭風光電并網大波動風險的方法，其特征在于:所述的步驟 2在Δ Pk>〇及Δ Pk〈〇情況下，風光電并網大波動風險量Rk的求解方法如下： 步驟2.1，當△ Pk>0時，風光電合成出力向上波動，需要常規機組減少出力，以便對該時段 風光電并網大波動起到平抑作用;根據風光電并網大波動風險模型其中，APTh表示風、光電并網地區常規火電、水電機組可調出力Jk表示電力系統允許 的風光電波動極限，η表示常規火電、水電機組總數，R表示風光電并網大波動風險； 此時風光電并網大波動風險量Rk可由下式表示：式中，Δ PThd表示風、光電并網地區常規火電、水電機組向下的可調出力； 步驟2.2,當APk〈0時，風光電合成出力向下波動，需要常規機組增加出力，以便對該時段 風光電并網大波動起到平抑作用;根據風光電并網大波動風險模型：其中，APTh表示風、光電并網地區常規火電、水電機組可調出力Jk表示允許的風光電 波動極限，η表示常規火電、水電機組總數，R表示風光電并網大波動風險； 此時廣域風光電并網風險量Rk由下式表示：式中，Δ PThu表示風、光電并網地區常規火電、水電機組向上的可調出力。3. 按照權利要求1所述的消弭風光電并網大波動風險的方法，其特征在于:根據所述步 驟3特高壓直流外送通道可調出力空間： O · 8PDCe < Pdc < 1 · I PDCe 計算得到： 特高壓直流外送通道向上的可調出力為： A PdCu = 1 · IPDCe-PDC 特高壓直流外送通道向下的可調出力為： A PDCd = Pdc-O . 8Poce 〇4. 按照權利要求1所述的消弭風光電并網大波動風險的方法，其特征在于:所述步驟4 制定特高壓直流外送通道消弭風光電并網大波動風險的功率控制策略的具體步驟如下： 步驟4.1，當△ Pk>0時，風光電合成出力向上波動，需要特高壓直流輸電通道增大外送 功率來消弭風光電并網大波動風險量Rk，特高壓直流輸電通道向上的可調出力為APdcu; (1) 若RkSO，無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸送功率 的調節量Δ Pdc = O; (2) 若0〈Rk< APdcu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量Δ/☆與風光電 并網大波動風險量Rk大小相等； (3) 若Rk> Δ Pdcu，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向上的調節量：步驟4.2，當△ Pk〈0時，風光電合成出力向下波動，需要特高壓直流輸電通道減小外送功 率來消弭大波動風險量Rk，特高壓直流輸電通道向下的可調出力為APDCd; (1) 若RkSO，無需調整特高壓直流外送通道輸送功率，即特高壓直流輸電通道輸送功率 的調節量Δ Pdc = O; (2) 若0〈Rk彡Δ PDCd，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量與風光電 并網大波動風險量Rk大小相等； (3) 若Rk> A加，則特高壓直流輸電通道輸送功率需要向下的調節量=心-0.81^。
【文檔編號】H02J3/24GK105932696SQ201610411573
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】車勇, 袁鐵江, 康玉函, 張增強, 馬美婷, 呂盼, 蔡高雷, 宋新甫, 張恒, 趙志強, 馬萬成, 王新剛, 關宇航, 張艷, 徐龍秀, 周專, 辛超山, 付高善, 關洪浩, 許葉林, 孫立成, 左雅, 吳高磊
【申請人】國網新疆電力公司經濟技術研究院, 新疆大學, 國家電網公司