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风电接入带来的不确定性研究

雷兴  
【摘要】:风能的大规模开发有助于解决目前面临的能源枯竭和环境污染等问题。受风力资源随机变化的影响,风电存在不确定性。对于电力系统,风电始终是一种不可控电源,其并网运行问题已成为制约其发展的最重要因素。风电接入带来的不确定性,对电力系统的安全性与充裕性都构成挑战。随着气候、环境因素与系统安全性和充裕性的关联程度增大,如何扩展时空停电防御框架的功能与应用来应对风电的不确定性,就成为一个迫切需要解决的重要问题。 风电系统除负荷和故障等外部不确定因素外,还存在内部不确定性。内部不确定性既包括风自身的不确定性(波动性、间歇性以及两者所具有的高度随机性),还包括风力发电过程中带入的不确定性。本文对比分析波动性和间歇性的成因、特性以及短时间风功率不确定性的描述方法。分析风电不确定性对系统功角、电压、频率、充裕性等的影响及其机理。 从发电侧、电网侧及需求侧分别讨论其应对措施,策略的优化及协调;强调量化和风险分析方法在研究大规模风电接入对电力系统的影响中的重要性。发电侧加强超短期预测、风电场有功/无功综合控制及与其他电源互补等。电网侧优化电网结构、合理调度及增强电网的抗扰动能力,强化电网连接发电侧和需求侧的纽带作用,共同应对风电不确定性。需求侧利用需求侧管理、分布式发电及电动汽车等措施对电力负荷削峰填谷。风电不确定性不是某一层面或某一措施可以单独解决的,需要从发输用三方面对风电不确定性带来的运行风险进行预警与综合防御。 安全性方面,需要考虑电网运行与风电场的交互影响:一方面要在三道防线中综合考虑风电接入影响;另一方面要分析电网故障对风电场稳定性的影响。分析风电接入后系统的暂态电压稳定和暂态功角稳定,并评估其风险。首先比较感应发电机和感应电动机的暂态电压稳定特性;对应于感应电动机的暂态电压稳定判据,提出感应发电机的暂态电压稳定判据及相应的稳定裕度定义。其中综合考虑了节点电压和转子转速的影响,合理设计了多判据的执行流程,以保证远离临界条件时的快速性及接近临界条件时的准确性。用反复仿真试探到的暂态电压稳定的故障临界切除时间作为标准,考核基于上述稳定裕度的灵敏度分析算法。其次,基于暂态电压稳定量化分析技术,计算暂态电压稳定域,并评估暂态电压失稳风险。 充裕性方面,需要定量的评估控制场景的概率水平,实现风电的动态概率预报;扩展不同风险水平的控制手段,如冷、热、旋转备用,实现多时间尺度的控制协调。只有这样,才可能将风电的不确定性导致的备用成本降低到合理水平,真正实现节能减排。本文分析充裕控制中风功率预测信息的时空信息的挖掘。指出依赖单一备用手段和短时间优化旋转备用都存在很大的局限性,并分析多等级备用(含弃风控制)协调优化的重要性和优越性。在此基础上,基于风险观点,从多时间尺度实现多等级备用的协调优化,实现自适应充裕性控制;在开放的市场环境下,分析备用容量和备用价格对充裕控制的影响。 本课题受国家自然科学基金重点项目(91024028),863项目(2011AA05A105),国家电网公司科技项目(SG10SG11),香港RGC Grant (5151/10E)和澳大利亚ARC (DP120101345)资助,是广域监测分析保护控制系统(WARMAP)的进一步研究。通过在工程应用中不断完善,扩展WARMAP功能和应用,必将为风电系统的可靠性研究提供实用的分析工具。


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