大規(guī)模風(fēng)電爬坡有限度控制研究.pdf

1、隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)“電能替代”和“清潔替代”的提出，風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電方式將變得更加重要。風(fēng)力發(fā)電作為一種較為成熟的技術(shù)，近年來(lái)取得了迅猛發(fā)展，風(fēng)電滲透率穩(wěn)步提升，成為電力系統(tǒng)不可或缺的電源。風(fēng)力發(fā)電一方面為電力系統(tǒng)帶來(lái)了清潔能源，另一方面，其自身出力的波動(dòng)性和不確定性又給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。我國(guó)大規(guī)模高集中度的風(fēng)電接入方式提高了風(fēng)電遠(yuǎn)距離跨區(qū)域消納的能力，但也使得發(fā)生大規(guī)模爬坡事件的風(fēng)險(xiǎn)增大。風(fēng)電爬坡事件是一種短時(shí)大幅度的

2、功率變化事件，這種爬坡事件的發(fā)生會(huì)使電力系統(tǒng)短時(shí)出現(xiàn)較大功率不平衡，甚至引發(fā)大規(guī)模停電事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。當(dāng)前電力系統(tǒng)為最大程度消納風(fēng)電，往往限制常規(guī)機(jī)組出力，這種方式降低了電力系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)峰能力。一旦發(fā)生大規(guī)模的風(fēng)電爬坡事件，常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)能力有限，將會(huì)極大的增加電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為降低爬坡事件對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響，降低常規(guī)機(jī)組在風(fēng)電爬坡事件過(guò)程中的調(diào)節(jié)壓力，提高風(fēng)電的控制能力，研究大規(guī)模風(fēng)電爬坡有限度控制策略變得日

3、益迫切。
　　在全面綜述現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，本文基于分層協(xié)調(diào)、區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)的思想，從集中調(diào)度，區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)以及多源互補(bǔ)三個(gè)層面，構(gòu)建大規(guī)模風(fēng)電爬坡有限度控制體系，解決風(fēng)電爬坡的不確定性和大波動(dòng)性問(wèn)題。首先從集中調(diào)度層面，提出了一種基于機(jī)組狀態(tài)分類(lèi)的風(fēng)電爬坡控制策略。其次，從區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)層面，提出了一種基于競(jìng)爭(zhēng)博弈的風(fēng)電爬坡協(xié)同控制策略，引入競(jìng)爭(zhēng)博弈理論，構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)博弈機(jī)制，通過(guò)支付矩陣推導(dǎo)納什均衡點(diǎn)整定提出的風(fēng)電場(chǎng)貢獻(xiàn)度指標(biāo)，以評(píng)價(jià)風(fēng)電場(chǎng)在競(jìng)

4、爭(zhēng)中的貢獻(xiàn)程度，引導(dǎo)其參與競(jìng)爭(zhēng)分?jǐn)傆?jì)劃出力。然后，提出了基于博弈的風(fēng)電場(chǎng)群協(xié)同控制策略，在風(fēng)電場(chǎng)貢獻(xiàn)度的基礎(chǔ)上，給出了風(fēng)電場(chǎng)調(diào)控收益函數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)收益的分配，推導(dǎo)給出了一種多時(shí)段納什均衡條件，并整定調(diào)控收益函數(shù)。最后，從多源互補(bǔ)的層面，提出了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)功率滾動(dòng)優(yōu)化與實(shí)時(shí)控制策略。所開(kāi)展的主要研究工作和獲得的創(chuàng)新成果如下:
　　1)提出了一種基于機(jī)組狀態(tài)分類(lèi)的風(fēng)電爬坡有限度控制方法。提出了應(yīng)對(duì)爬坡事件的有限度控制方法基本框架—

5、—預(yù)防控制、爬坡控制和恢復(fù)控制。預(yù)防控制優(yōu)化整個(gè)風(fēng)電基地的出力水平，為爬坡控制階段提供一定的風(fēng)電“備用”;爬坡控制挖掘風(fēng)電的控制潛力，協(xié)調(diào)不同機(jī)組狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組的出力，改善風(fēng)電基地爬坡特性;恢復(fù)階段實(shí)現(xiàn)風(fēng)電出力的有序恢復(fù)。根據(jù)極端天氣發(fā)展過(guò)程以及在極端天氣下風(fēng)電機(jī)組的控制性能，將風(fēng)電機(jī)組分為六類(lèi)不同控制性能的機(jī)組。在爬坡控制下，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的分類(lèi)狀態(tài)，制定風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)先順序級(jí)，有針對(duì)性的協(xié)調(diào)控制各類(lèi)機(jī)組，合理分配各類(lèi)風(fēng)電機(jī)組的功率調(diào)整計(jì)

6、劃，挖掘不同機(jī)組狀態(tài)風(fēng)機(jī)的控制潛力。同時(shí)，為充分調(diào)動(dòng)控制性能較好風(fēng)電場(chǎng)參與爬坡控制的積極性，基于各類(lèi)機(jī)組的比例，提出了風(fēng)電場(chǎng)可控系數(shù)和不可控系數(shù)，并基于各類(lèi)機(jī)組調(diào)控計(jì)劃、風(fēng)電場(chǎng)可控系數(shù)和不可控系數(shù)，優(yōu)化給出風(fēng)電場(chǎng)功率調(diào)整量。仿真算例驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。
　　2)提出了一種基于競(jìng)爭(zhēng)博弈的風(fēng)電爬坡協(xié)同控制策略，旨在改善風(fēng)電爬坡特性。首先詳細(xì)闡述了風(fēng)電出力不確定性對(duì)風(fēng)電有功控制的影響，引出風(fēng)電場(chǎng)群協(xié)同控制的優(yōu)勢(shì)以及存在的問(wèn)題，指

7、出風(fēng)電場(chǎng)群協(xié)同控制的難點(diǎn)在于不同利益主體風(fēng)電場(chǎng)的利益分配。引入競(jìng)爭(zhēng)博弈理論解決風(fēng)電場(chǎng)利益分配問(wèn)題，構(gòu)建了競(jìng)爭(zhēng)博弈機(jī)制，風(fēng)電場(chǎng)在虛擬電廠（風(fēng)電場(chǎng)群）內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)分?jǐn)偝隽τ?jì)劃?；陲L(fēng)電場(chǎng)的功率調(diào)整量以及功率支撐能力，提出了風(fēng)電場(chǎng)貢獻(xiàn)度指標(biāo)，以評(píng)價(jià)風(fēng)電場(chǎng)在競(jìng)爭(zhēng)中的貢獻(xiàn)程度。基于支付矩陣推導(dǎo)出納什均衡條件，并整定風(fēng)電場(chǎng)貢獻(xiàn)度指標(biāo)，使得有效調(diào)整的博弈策略成為納什均衡點(diǎn)，以引導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)在競(jìng)爭(zhēng)中采取對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)均有利的博弈策略，在實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)利益最大的基礎(chǔ)

8、上，保證虛擬電廠能夠較為精確地跟蹤計(jì)劃出力指令。
　　3)提出了基于博弈的風(fēng)電場(chǎng)群協(xié)同控制策略，旨在降低風(fēng)電場(chǎng)群的控制偏差。在風(fēng)電場(chǎng)貢獻(xiàn)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了風(fēng)電場(chǎng)調(diào)控收益函數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)收益的分配。在所提控制策略中，將風(fēng)電場(chǎng)的計(jì)劃細(xì)分為基值計(jì)劃和調(diào)控計(jì)劃，風(fēng)電場(chǎng)申報(bào)競(jìng)價(jià)獲得基值計(jì)劃，風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)基值計(jì)劃完成情況，獲得發(fā)電收益;在完成基值計(jì)劃的基礎(chǔ)上，風(fēng)電場(chǎng)可參與風(fēng)電場(chǎng)群調(diào)控計(jì)劃的競(jìng)爭(zhēng)，以獲得自身的調(diào)控計(jì)劃，進(jìn)而獲得調(diào)控收益，調(diào)控

9、計(jì)劃的完成有助于提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群跟蹤計(jì)劃的能力，改善爬坡特性。最終通過(guò)推導(dǎo)給出了一種多時(shí)段納什均衡條件，并整定調(diào)控收益函數(shù)，保證風(fēng)電場(chǎng)能夠積極的響應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)群的調(diào)控需求。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提策略的有效性。
　　4)提出了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)輸出功率滾動(dòng)優(yōu)化與實(shí)時(shí)控制策略。在線滾動(dòng)優(yōu)化建立了聯(lián)合系統(tǒng)總的平均有功功率偏差最小、儲(chǔ)能電站充放電次數(shù)最少和優(yōu)化末段儲(chǔ)能電站剩余電量最大的優(yōu)化模型，通過(guò)NSGA-Ⅱ算法求解，給出風(fēng)/光/儲(chǔ)分鐘級(jí)的計(jì)劃