风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制方法研究

摘要

随着我国风电的快速发展，在增加电力供应、缓解阶段性电力需求和供应之间的矛盾的同时，也为我国电网运营带来了新的挑战。一方面由于风电的波动性和不可控性使得电网调峰压力不断加大，风电并网与消纳问题越来越突出，弃风现象越发普遍;另一方面，风电出力的间歇性、随机性和波动性以及远距离输送使得风电集群接入电网网损也呈激增趋势，主要表现在三个方面:
　　1）风电功率波动造成的网损特性复杂化;
　　2）风电功率波动引起电压波动进而造成网损特性复杂化;
　　3）逆向调峰模式引起的网损特性复杂化。
　　因此如何在保证风电消纳水平不变的基础上，降低风电接入电网的网损成为亟待解决的关键问题，而传统的源-网协调控制方法无法满足风电接入电网的降损需求。因此，本文深入研究了风电集群接入对网损的影响机理，揭示了含风电集群接入电网的网损复杂特性;分析了不同有功无功调控设备的运行特性，在此基础上，提出了荷-网-源协调降损控制模式，并对荷-网-源有功无功解耦/耦合协调降损控制方法进行深入研究，取得以下创新性成果:
　　针对风电接入引起的网损，从有功功率波动、电压波动以及常规电源逆向调峰三个角度深入研究风电对网损的影响机理;针对有功功率波动引起的网损，研究风电出力水平、风电波动幅度以及风电波动速率对网损的影响机理;针对电压波动引起的网损，研究风电波动对电压波动的影响以及电压波动对网损的影响，进而研究风电波动引起电压波动造成的网损增加机理;针对逆向调峰引起的网损，研究风电出力增加时对网损的影响机理;最后基于网损公式的全微分形式，提出含风电集群接入电网的网损复杂特性，与传统电网损耗特性有着本质的不同。并在深入分析荷-网-源有功无功调控设备运行及控制特性的基础上，结合上述网损复杂特性，提出荷-网-源协调降损控制模式，为提出荷-网-源协调降损控制方法奠定坚实的基础。
　　深入分析高载能负荷（含离散型及连续型高载能负荷）、常规电源运行控制特性的差异以及不同时间尺度风电功率预测信息误差，建立多时间尺度荷-网-源有功协调降损控制模型;日前有功控制模型以离散型高载能负荷为调控对象，抑制风电大规模波动引起的网损增加，日内有功控制以常规电源及连续型高载能负荷为调控对象，平息日内风电随机性波动引起的网损;为了求解上述模型，提出收敛速度快并且具备全局优化能力的模拟退火-逐步优化算法，既可得到网损全局最优解，而且可以有效减少计算时间，显著提高计算效率;并在此基础上，提出荷-网-源有功协调降损控制方法。
　　针对风电功率波动引起的电网电压波动从而增加的电网损耗，提出荷-网-源多类型无功补偿装置共同参与的多时间尺度无功降损控制模型;日前无功控制模型通过优化电容/电抗器组投切计划、有载调压变压器分接头档位，抑制电压波动幅度，降低网损;日内无功控制通过优化常规电源、SVC/SVG无功出力等连续型无功补偿设备，达到了全局优化降损的目的，进一步降低网损;并在此基础上，提出荷-网-源无功协调降损控制方法。
　　基于节点电压大小与相角对节点注入有功功率和无功功率的响应灵敏度指标，提出荷-网-源有功无功解耦/耦合协调控制条件;并提出荷-网-源有功无功耦合协调降损二层优化模型，上层优化模型进行有功协调控制，下层优化模型进行无功协调控制，二层计算结果互相传递、交叉迭代优化，可实现有功无功耦合运行状态的全网优化降损;最后，提出了风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制方法，可有效降低风电集群接入电网网损。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风电集群接入电网的网损特性研究

1．2．2 风电集群接入电网的荷-网-源有功协调降损控制研究

1．2．3 风电集群接入电网的荷-网-源无功协调降损控制研究

1．2．4 风电集群接入电网的荷-网-源有功无功耦合协调降损控制方法研究

1．3 本文的主要研究内容

第2章 风电集群接入对网损的影响机理及网损复杂特性

2．1 引言

2．2 风电运行特性分析

2．2．1 风电波动性及随机性

2．2．2 风电远距离输送特性

2．2．3 常规电源逆向调峰特性

2．3 基于风电有功功率波动及远距离输送的网损影响机理

2．3．1 典型风电集群外送系统分析条件设定

2．3．2 风电出力水平对电网损耗的影响机理

2．3．3 风电远距离输送对电网损耗的影响机理

2．3．4 风电波动幅度对电网损耗的影响机理

2．3．5 风电波动速率对电网损耗的影响机理

2．4 基于风电集群电压波动的网损影响机理

2．4．1 风电集群接入对电网电压的影响机理

2．4．2 电压波动对网损的影响机理

2．4．3 基于风电集群电压波动的网损影响机理

2．5 基于逆向调峰模式的网损影响机理

2．6 风电集群接入电网的网损复杂特性

2．6．1 集群风电远距离输送引起的网损复杂特性

2．6．2 集群风电有功功率波动引起的网损复杂特性

2．6．3 风电逆向调峰模式引起的网损复杂特性

2．7 本章小结

第3章 风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制模式

3．1 引言

3．2．1 常规电源运行特性

3．2．2 高载能负荷运行特性

3．2．3 荷-源有功调节对电网损耗的影响

3．3 电网无功补偿装置运行特性

3．4 风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制模式

3．5 本章小结

第4章 风电集群接入电网的荷-网-源有功协调降损控制方法

4．1 引言

4．2 荷-网-源有功协调降损控制方法

4．2．1 多时间尺度荷-网-源有功协调降损控制模型

4．2．2 模拟退火-逐步优化算法

4．2．3 荷-网-源有功协调降损控制方法

4．3 算例分析

4．3．1 算例参数

4．3．2 荷-网-源有功协调降损控制方法仿真分析

4．3．3 求解算法先进性分析

4．4 本章小结

第5章 风电集群接入电网的荷-网-源无功协调降损控制方法

5．1 引言

5．2 荷-网-源无功协调降损控制方法

5．2．1 多时间尺度荷-网-源无功协调降损控制模型

5．2．2 荷-网-源无功协调降损控制方法

5．3 算例分析

5．3．1 算例参数

5．3．2 荷-网-源无功协调降损控制方法仿真分析

5．4 本章小结

第6章 风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制方法

6．1 引言

6．2 荷-网-源有功无功解耦／耦合协调降损控制条件

6．2．1 荷-网-源有功无功解耦／耦合协调降损可行性分析

6．2．2 荷-网-源有功无功解耦／耦合协调降损控制条件

6．3 风电集群接入电网的荷-网-源有功无功耦合协调降损控制方法

6．3．1 日前时间尺度荷-网-源有功无功耦合协调降损控制方法

6．3．2 日内时间尺度荷-网-源有功无功耦合协调降损控制方法

6．4 风电集群接入电网的荷-网-源协调降损控制方法

6．5 算例分析

6．5．1 甘肃河西电网概述

6．5．2 荷-网-源有功无功耦合协调降损控制计算结果

6．5．3 荷-网-源有功无功耦合协调降损控制计算结果分析

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介