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区域电网高比例可再生能源的分层消纳与互动控制关键技术

柴炜  
【摘要】:本文针对区域电网中高比例可再生能源的友好并网与高效消纳问题,研究输电层、配电层和用电层可再生能源的分层消纳关键技术、层间纵向互动控制技术及区域电网与主网的横向互动调控技术。对于输电层的大规模风力发电,研究了风电场-燃气电厂互补发电控制技术。首先分析了风力发电的波动率及其概率分布、波动置信区间与置信水平、混沌特性等出力特性,建立了基于混沌理论与人工神经网络的风电出力超短期组合预测模型。然后研究了燃气-蒸汽联合循环机组的动态响应特性,分析了燃机补偿风电功率快速波动的能力,建立了机组的控制模型。在此基础上,提出了风-燃互补发电的双层复合控制策略,计划调度层通过最优化计算得到燃机基准功率,实时优化层调节燃机出力,补偿系统功率偏差和频率偏差。仿真验证了该策略的有效性。对于配电层的分布式风、光电源,研究了配合其友好并网的电池储能控制技术。建立了磷酸铁锂电池的多因素聚合寿命模型,分析了控制步长对电池寿命、系统效率和并网波动率的影响,提出了基于模糊变步长和状态量预测的电池储能系统有功控制策略。研究了多运行模式下的无功电压控制问题,进而提出有功、无功的协调优化控制方法。对上述控制策略进行仿真分析,从抑制出力波动、提高电池寿命、提升电能质量等方面验证了该策略的有效性。对于用电层含风-光-荷-储的电力用户,提出了基于多时间尺度的能量优化控制方法。建立了日前能量管理模型,优化用户负荷和储能出力;针对可再生能源发电及用户行为的不确定性问题,设计了正偏差段和负偏差段模糊控制器,进行日内小时级优化;基于变时间常数滤波算法进行日内分钟级优化。针对不同时间尺度的控制需求,研究了用户端多类型储能系统的功率分配问题,实现了储能系统整体在使用寿命、工作效率和控制效果等方面的综合最优。在分层关键技术研究的基础上,建立了区域电网高比例可再生能源的分层消纳与互动控制总体架构,提出了电网的横向互动和纵向互动控制策略。提出了不同控制模式下区域电网与大电网之间的横向互动控制策略和用电层与配电层、配电层与输电层之间协调优化的纵向互动控制策略。基于统一信息支撑平台和综合能量管理系统,以纵横互动为技术核心,实现了各个层面可控资源的有效利用和优化调控。研究成果用于某海岛智能电网综合示范工程,在长80km、宽30km的区域里,在输电层面建设风-燃互补发电示范和区域电网与主网的横向互动示范、配电层面建设风-储并网示范、用电层面建设智能用电示范,基于全岛统一信息平台和能量管理系统开展层间可控资源的纵向互动示范,实现了占比为22.3%可再生能源的高效消纳和友好调控。


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