1、为什么要进行1分钟级的风电调度实时控制?
风资源的强随机性、预测困难、反调峰等特点使得电网有功调度控制愈加困难。如何在保证电网安全的前提下, 最大程度利用风电资源, 尽可能多地消纳风电已经成为目前各个风电基地面临的共同挑战之一。 目前, 业界已经对风电有功调度控制进行了大量研究和工程实践,初步形成了日前、小时前、分钟前的多时间尺度时序递进滚动调度控制模式。但是, 在传统模式下, 风电出力存在的分钟级较大幅度快速波动, 只能由AGC机组和网间联络线来平衡, 给电网安全经济调度带来较大压力。为此, 本文引入更加快速的1分钟级实时控制环节, 其主要任务是根据当前电网AGC机组的下旋备裕度和联络线计划实际值与设定值的偏差, 在线确定电网当前最大可消纳的风力发电能力, 然后根据各风电场上送的实际出力和最大可发电能力预估值, 进行分钟级控制决策, 实时修正各风电场的有功出力计划值, 保障电网安全, 并减少不必要的弃风损失。
2、风电调度实时控制的主要挑战是什么?
①如何保电网安全? 调峰能力和断面安全是电网制约风电消纳的两大关键因素。保证系统安全性是风电调度实时控制的主要目标;
②如何减少弃风损失? 在保证电网安全的基础上, 如何充分利用已有风电资源, 减少弃风损失, 是风电调度实时控制的次要目标;
③如何兼顾风电场间的调度公平? 系统内存在多个风电场参与调度控制, 存在多种风电场控制策略组合能实现电网安全和最小弃风, 如何选择一种对于各风电场尽可能公平的控制策略, 是确保风电调度实时控制公平性的关系所在。
3、如何实现1分钟级的风电调度分阶段决策?
本文引入了分阶段决策模型, 根据先安全、后经济再公平的原则, 进行分阶段求解保证系统总是可以得到合理有效解, 如下图所示。
主要关键技术:
1、电网可消纳风电裕度评估方法:
若不考虑风电送出断面约束, 电网可消纳风电裕度主要取决于电网调峰能力, 由当前AGC机组的实时下旋备、联络线偏差、未来负荷变化趋势综合计算得出。
2、风电打分指标及公平调节:
传统意义上的风电“公平调度”类似于“平均调度”, 相当于把风电接纳空间结合各风电场的接纳能力平均分配到各风电场, 但是, 各风电场自动化水平各不相同, 对电网接入的友好程度也不一样, 这种“平均式”公平调度, 实际上压制了各风电场提高场内自动化水平的积极性。在本文方法应用的省级电网, 引入了风电场“打分排序”的概念, 打分值越高, 代表该风电场对电网接入越友好。在实际人工控制中, 依打分结果按轮次进行限电。也就是说, 在限电模式下, 优先利用打分值较高的风电场(表示对电网接入更加友好)风电资源, 各风电场的打分值由风电调度人员结合各风电场对电网的友好程度人工制定并定期(每个月)更新。
3、第1阶段决策—断面越限校正控制:
当电网存在风电送出断面有功越限时, 启用断面越限校正控制, 消除断面越限。本文建立多目标决策二次规划模型:
其中第1个目标确保断面运行安全, 第2个目标确保风电场公平调度; 约束条件主要包括：风电场有功校正量对断面有功变化的灵敏度约束、避免反调的风电有功调节方向约束、风电场有功出力约束、风电送出断面可行约束等。
4、第二阶段决策—最小弃风控制:
基于充分利用电网的风电接纳空间, 恢复被限风电:
约束条件包括风电送出断面可行约束、风电场调节能力约束, 电网可消纳风电能力约束等。
5、第三阶段决策—自由发控制:
风电场最大发电能力是预估值, 可能存在偏差。为此, 本文引入风电场自由发控制模式, 进一步降低风电预测解偏差所带来的弃风损失:
约束条件包括风电送出断面可行约束、电网可消纳风电能力约束、引入自由发控制方向约束、风电场容量约束等。
4、系统研制及实际效果如何?
基于本文方法研制的实际系统已经实际应用, 下图分别为电网结构及控制系统结构：
详细的仿真结果和实际运行结果如正文所示。下图给出了两个典型风电场的运行曲线:
可以看出: ①当电网无风电接纳空间内, 限制风电出力, 确保安全; ②反之, 恢复风电, 提高风电利用率; ③并提供自由发模式, 减少由于风电预测偏差导致的不必要弃风; ④电网优先利用打分值较高对电网更加友好的风电资源。
5、工作总结及进一步工作:
本文提出并实现分阶段风电调度实时控制模型及决策流程。通过第一阶段的断面越限校正控制, 辨识并松弛不可能的风电送出断面约束, 通过第二阶段的最小弃风控制, 最大消纳风电并兼顾风场间的公平调度, 通过第三阶段的自由发决策, 进一步降低弃风可能,进行标准算例仿真, 并结合现场实际, 研发1分钟级的风电调度实际控制功能。仿真结果和实际结果证明了本文方法的有效性和可靠性。
作为多时间尺度风电消纳框架的重要组成部分, 本文重点阐述在1分钟级时间维度上风电场之间、风电场与常规AGC机组之间的协调控制。至于在更长时间尺度上考虑风电场、AGC机组与常规较慢速机组之间的协调, 充分挖掘电网和常规电源的调节能力, 使得电网保留足够调节空间来接纳风电是后续研究重点。
原标题：清华大学电机系吴文传, 张伯明, 等: 应用于高风电渗透率电网的风电调度实时控制方法与实现
