风燃协调等效电厂的控制策略研究

摘要

风电以其资源丰富、分布广泛、清洁环保等特点在世界范围内得到了迅猛的发展。然而，随着风力发电的输出电能在电力系统中所占比重的增加，其输出功率的波动性给电网运行带来的不利影响日趋严重。
　　目前解决风电功率波动性问题的主要方法有两类：一类是控制风机的运行状态以平滑其输出，但是这种方法需要损失一部分风能，且在风功率波动较大时的平滑效果有限；第二类是利用可控电源或储能设备与风电构成互补。其中，风储协调运行以及风燃协调运行是本课题解决风电功率波动性问题的核心思路。
　　本文首先对风储联合运行系统进行了深入分析。已有文献提出了将模型预测控制（MPC，Model Predictive Control）和低通滤波原理（LPF，Low Pass Filter）相结合的风储协调运行方法[1]。本文在该方法的基础上，针对该方法的鲁棒性问题，从两个方面做了进一步深入的研究。（一）研究了风电功率预测误差对控制策略的影响问题。本文提出采用正交试验（TOAT，Taguchi’s Orthogonal Array Testing）的方法产生未来可能发生的风功率典型场景，并综合考虑这些典型场景，得到鲁棒优化结果。算例分析表明，TOAT的应用增强了新方法针对风功率预测误差的鲁棒性；（二）研究了风储协调多目标控制中权重系数的自适应调整问题。本文提出了一种通过网格化搜索进行权重系数在线调优的动态赋权方法。为了判定最优的权重系数，提出了一种基于隶属度与熵权法的评价方法。算例分析表明，所提出的方法能够根据风电功率波动情况、储能荷电状态(SOC)以及储能出力等情况，自适应地改变各子目标的权重系数，从而在平抑风电功率波动的同时，提高储能充放电效率，并显著改善对储能SOC的控制效果。
　　然后，本文提出了风燃协调等效电厂（WGPP，Wind-Gas coordinated equivalent power plant）的概念，通过风力发电系统与燃气-蒸汽联合循环机组（CCPP，Gas-Steam Combined Cycle Power Plant）的互补运行，实现提高WGPP并网功率的可控性和可调性，以及作为一个等效电厂参与系统调度运行等目标。本文分别从WGPP的自动发电控制策略和经济调度策略等两个方面进行了研究。（一）针对WGPP的调度目标以及接入系统规模的不同，本文提出了两种不同的WGPP调度模式：跟踪调度曲线模式和CPS控制模式。接着，为了充分利用WGPP中CCPP机组出力调节速度快的特点，本文对基于传统比例积分原理的自动发电控制算法进行了改进。最后，分别以现场实测数据以及4种风电功率事件为例，在RTDS仿真平台上对两种WGPP调度模式的可行性进行了验证；（二）本文对 WGPP的经济调度策略进行了研究。在考虑 CCPP机组运行约束条件下，同时考虑风电场合理弃风，以及负荷响应等功率调节手段，以MPC为基本框架，提出了以等效电厂的经济最优为目标的经济调度策略。仿真结果表明新方法使得等效电厂在跟踪调度曲线的基础上，实现了WGPP的经济最优控制。
　　本文研究受到了国家科技支撑计划资助项目(2013BAA01B04),国家电网公司科技项目(520940140021)资助。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 考虑风功率预测误差的风储协调运行方法

2.1风储联合运行系统

2.2基于MPC-LPF的风储协调控制方法

2.3考虑风功率预测误差的MPC-LPF方法

2.4算例分析

2.5本章小结

第三章 基于动态赋权的风储协调多目标优化控制方法

3.1权重系数对多目标优化结果的影响

3.2权重系数的在线调优方法

3.3基于隶属度与熵权法的评价方法

3.4算例分析

3.5本章小结

第四章 大型风燃协调等效电厂的自动发电控制策略研究

4.1风燃协调等效电厂(WGPP)

4.2 WGPP的调度模式

4.3 CCPP机组的AGC控制算法

4.4算例分析

4.5本章小结

第五章 基于MPC的风燃协调经济调度运行策略

5.1 CCPP机组建模

5.2风燃协调等效电厂中的横向与纵向功率互动

5.3基于MPC的风燃横向互动经济调度策略

5.4 WGPP内输电网与配电网纵向互动的研究

5.5算例分析

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1本文主要工作与创新点

6.2课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文或发明专利

攻读硕士学位期间参与的科技项目