计及风光出力相关性的新能源集中外送运行特性评估方法

摘要

本发明公开了一种计及风光出力相关性的新能源集中外送运行特性评估方法，包括提出表征风光出力相关性、用于电网特性分析的风光多种典型出力方式；计及风光出力相关性，仿真计算风光出力方式对能源基地外送通道的输电极限的影响，分析送电极限的受限故障以及失稳模式；从多侧面校核风光出力典型方式下330kV或750kV交流网架安全性，并给出强化网架结构以及优化风光出力方式的措施；计及风光出力相关性，仿真计算风光多种出力方式下电网无功电压的波动，提出适应风光出力波动的无功电压控制原则；计及风光荷相关性得到参与调峰的风电置信容量并计算了系统调峰能力。本发明适用于我国新能源基地且具有准确度高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及风光发电领域，具体地，涉及一种计及风光出力相关性的 大型新能源基地集中外送运行特性评估方法。

背景技术

合理描述风电等随机、间歇性电源的出力变化规律，对电力系统应对 风电随机变化问题具有重要意义，其中，新能源场群的出力相关性受到关 注。已有的出力相关性研究主要集中于风电预测、风电可靠性评估和概率 潮流算法等方面。《黎静华，文劲宇，程时杰等.考虑多风电场出力Copula 相关关系的场景生成方法.中国电机工程学报》中针对具有相关性的多个 风电场出力场景难以生成的问题，提出一种基于连接(Copula)函数的场景 方法，避免了构造多风电场出力联合概率分布难题，能表征风电场间的相 关规律，实现多风电场出力场景模拟，并基于含多风电场的IEEE30节点 典型系统的最优潮流算例说明了合理刻画风电场出力场景对电力系统应 对风电随机变化的重要性；《蔡德福,陈金富,石东源等.风速相关性对配 电网运行特性的影响.电网技术》中基于蒙特卡洛概率潮流和机会约束规 划研究了风速相关性对配电网运行特性和风电最大装机容量的影响，提出 考虑风速相关性可更合理地用于指导含风电配电网的规划与运行。

现有技术不足，具体如下：

1)理论模型用于现场实际的适应性不足：已有的新能源出力相关性 模型更多是基于概率理论提出的理想模型以及算法，这需要大量的统计数 据作为支撑，而现场实际数据量不足或数据准确度较差限制了理论模型的 应用，得到的结果甚至会出现较大偏差。

2)反映新能源出力相关性的概率理论模型用于电网特性分析得到的 计算结果物理解释性较差，指导生产实际存在一定局限。

3)还未见计及新能源出力相关性的电网运行特性完整评估体系，更 多只是涉及电网安全、无功电压、调峰以及电网规划的某一方面，缺乏用 于我国千万千瓦级风光新能源基地高压交直流外送典型场景的相关成果。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种计及风光出力相关性的 新能源集中外送运行特性评估方法，具有适用于我国新能源基地且准确度 高的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种计及风光出力相关性的新能源集中外送运行特性评估方法，其特 征在于，包括以下步骤：

步骤一、提出表征风光出力相关性、用于电网特性分析的风光多种典 型出力方式；

步骤二、计及风光出力相关性，仿真计算风光出力方式对能源基地外 送通道的输电极限的影响，分析送电极限的受限故障以及失稳模式；从多 侧面校核风光出力典型方式下330kV或750kV交流网架安全性，并给出 强化网架结构以及优化风光出力方式的措施；

步骤三、计及风光出力相关性，仿真计算风光多种出力方式下电网无 功电压的波动，提出适应风光出力波动的无功电压控制原则；

步骤四、计及风光荷相关性得到参与调峰的风电置信容量并计算了系 统调峰能力。

根据本发明的优选实施例，步骤一具体为：基于电网调度累计的大量 风光实际出力数据，考虑风光出力相关性，从如下几个方面量化用于电网 特性分析的风光出力特征：

101、风电出力同时率为0.6，即95％的概率风电出力低于风电装机容 量的0.6倍；

102、光伏电站出力同时率为0.8，即95％的概率光伏电站出力低于光 伏装机容量的0.8倍；

103、统计风电、光伏电站出力的历史数据以及考虑风电和光伏并网 要求，得到风电有功出力分钟级的变化速率为0.1，光伏有功出力分钟级 的变化速率为0.3；

104、考虑风光相关性，提出用于新能源输电通道送电极限计算及网 架校核的风光典型出力方式；

105、考虑风光相关性，提出用于无功电压分析的风光典型出力方式；

106、考虑风光荷相关性，鉴于光伏出力夜间为0，用于调峰计算的光 伏置信容量为0，考虑基地风电容量的增加，以及分布位置的多区域分散 性，计算用于系统调峰的风电置信容量。

根据本发明的优选实施例，步骤二中，从多侧面校核风光出力典型方 式下330kV、750kV交流网架安全性中，多侧面包括功角稳定、热稳定以 及电压稳定。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，提出表征风光出力相关性的量化指标，计及风光 相关性指标，构造了风光出力典型方式；基于此，计算了大规模风光新能 源基地外送的输电极限；评估了风光出力变化多种形态对电网无功电压波 动的影响，提出了适应出力变化的无功电压控制策略；计算了考虑风/光/ 荷相关性的系统调峰能力以及相应的风电接纳能力，从而达到了适用于我 国新能源基地且准确度高的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的计及风光出力相关性的新能源集中外送运 行特性评估方法流程图；

图2为风光出力方式3临界稳定方式下，各地区风光出力大小、网架 潮流分布示意图；

图3为计及敦煌和桥湾风电出力相关性的无功电压波动示意图；

图4为计及敦煌和玉门光伏出力相关性的无功电压波动示意图；

图5为计及风电、光伏出力相关性的无功电压波动示意图；

图6为计及风/光/荷相关性的风电接纳能力示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描 述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种计及风光出力相关性的新能源集中外送运行特性评 估方法，其特包括以下步骤：

步骤一、提出表征风光出力相关性、用于电网特性分析的风光多种典 型出力方式；

步骤二、计及风光出力相关性，仿真计算风光出力方式对能源基地外 送通道的输电极限的影响，分析送电极限的受限故障以及失稳模式；从多 侧面校核风光出力典型方式下330kV或750kV交流网架安全性，并给出 强化网架结构以及优化风光出力方式的措施；

步骤三、计及风光出力相关性，仿真计算风光多种出力方式下电网无 功电压的波动，提出适应风光出力波动的无功电压控制原则；

步骤四、计及风光荷相关性得到参与调峰的风电置信容量并计算了系 统调峰能力。

步骤一具体为：基于电网调度累计的大量风光实际出力数据，考虑风 光出力相关性，从如下几个方面量化用于电网特性分析的风光出力特征：

101、风电出力同时率为0.6，即95％的概率风电出力低于风电装机容 量的0.6倍；

102、光伏电站出力同时率为0.8，即95％的概率光伏电站出力低于光 伏装机容量的0.8倍；

103、统计风电、光伏电站出力的历史数据以及考虑风电和光伏并网 要求，得到风电有功出力分钟级的变化速率为0.1，光伏有功出力分钟级 的变化速率为0.3；

104、考虑风光相关性，提出用于新能源输电通道送电极限计算及网 架校核的风光典型出力方式；

105、考虑风光相关性，提出用于无功电压分析的风光典型出力方式；

106、考虑风光荷相关性，鉴于光伏出力夜间为0，用于调峰计算的光 伏置信容量为0，考虑基地风电容量的增加，以及分布位置的多区域分散 性，计算用于系统调峰的风电置信容量。

步骤二中，从多侧面校核风光出力典型方式下330kV、750kV交流网 架安全性中，多侧面包括功角稳定、热稳定以及电压稳定。

以下以酒泉千万千瓦级风光混合能源基地为例进行具体说明：

统计未来目标年酒泉区域多点接入的风光场站群装机容量，并用字母 代表相应的场站群，具体表1所示：

表1、千万千瓦级新能源基地统计列表

基于电网调度累计的大量风光实际出力数据，考虑风光出力相关性， 从如下几个方面量化用于电网特性分析的风光出力特征：

1)风电出力同时率为0.6，即95％的概率风电出力低于风电装机容量 的0.6倍(以下风电出力大小都表示为相对于装机容量的倍数)；

2)光伏电站出力同时率为0.8，即95％的概率光伏电站出力低于光伏 装机容量的0.8倍(以下光伏出力大小都表示为相对于装机容量的倍数)；

3)统计风电、光伏电站出力的历史数据以及考虑《风电并网导则》、 《光伏并网导则》要求，得到风电有功出力分钟级的变化速率为0.1；光 伏有功出力分钟级的变化速率为0.3；

4)考虑风光相关性，提出用于新能源输电通道送电极限计算及网架 校核的风光典型出力方式，具体如表二所示：

表2、用于送电极限计算及网架校核的风光典型出力方式表

5)考虑风光相关性，提出用于无功电压分析的风光典型出力方式， 具体如表3所示：

无功电压分析的基础方式为风光出力腰发方式，出力如表3所示：

表3、用于无功电压分析的基础方式风电光伏出力表

在基础方式下，进一步提出用于无功电压分析的风光多种相关出力方 式，具体如表4所示：

表4、用于无功电压分析的风光出力多种相关方式表

6)考虑风光荷相关性，鉴于光伏出力夜间为0，用于调峰计算的光伏 置信容量为0；考虑基地风电容量的增加，以及分布位置的多区域分散性， 则用于以月为周期的系统调峰计算的风电置信容量如表5所示：

表5、调峰计算的风电置信容量表

2、计及风光出力相关性，基于PSD-BPA软件平台仿真计算风光出力 方式对能源基地外送通道的输电极限的影响，分析送电极限的受限故障以 及失稳模式；从功角稳定、热稳定以及电压稳定等多侧面校核风光出力典 型方式下330kV、750kV交流网架安全性，并给出强化网架结构以及优化 风光出力方式等措施。

PSD-BPA软件平台为现有的软件平台。

3、计及风光出力相关性，基于PSD-BPA软件平台仿真计算风光多 种出力方式下电网无功电压的波动，提出如下适应风光出力波动的无功电 压控制原则：

1)调节风电场SVC，目标是风电场与主网无功交换较小；

2)按照如下的优先动作顺序进行无功电压控制：一二通道的母线可 控高抗、线路可控高抗、变电站SVC、变电站机械式低压补偿设备，实现 母线电压合格前提下无功分布尽量合理的优化目标。

4、计及风/光/荷相关性得到风电置信容量，进而减小了参与电力平衡 的水电、火电的开机容量，在此基础上，考虑甘肃水电、火电的最小技术 出力以及低谷负荷率等因素，较为详细计算了目标年十二个月的系统调峰 能力及相应的风电接纳能力。

根据上述的具体实施，其实施效果如下：

1、计及风光相关性的输电通道送电极限及网架校核

表6、风光四种出力方式下输电通道送电极限计算列表

基于风光出力方式3的临界稳定方式下的网架校核，经计算：除了下 表失稳故障外，其余750kV、330kV的变压器、线路N-1故障都是稳定的， 对于失稳故障给出了具体失稳形式以及措施，具体见表7：

表7、风光出力典型方式下网架安全校核的失稳形式及措施表

计及风光相关性的无功电压分析与控制

光伏出力不变，计及敦煌和桥湾风电出力相关性的无功电压分析如图 3所示：由图3可得到以下规律：

1)正相关出力变化对电压的影响要高于负相关；

2)正相关性的W1和W2出力变化，对二通道电压影响高于一通道； 一通道上酒泉和河西电压受出力变化影响最大，二通道上鱼卡和柴达木受 影响最大；正相关增大出力比正相关减小出力对一二通道的电压影响大；

3)两种负相关性的W1和W2出力变化，都会造成通道电压的降低， 且两种情况下电压降低最大的点都为出力增大的点。

风电出力不变，计及敦煌和玉门光伏出力相关性的无功电压分析如图 4所示，

由图4可得到以下规律：

1)正相关出力变化对电压的影响要高于负相关；

2)正相关性出力变化，对通道上柴达木电压影响最大，武胜电压影 响最小，在一通道上，酒泉电压影响最大；

3)负相关性出力变化对通道电压影响规律不明显。

对W1和W2风电出力强负相关(W1＝0.6，W2＝0；W1＝0，W2＝0.6) 两种运行方式进行无功电压控制，两种方式下采取无功优化措施均能将电 压和无功控制在合理范围内，具体如表8所示：

表8、W1和W2风电出力强负相关下，无功电压优化控制后的母线 电压和无功补偿情况表

计及风电、光伏出力相关性的无功电压分析如图5所示：

由图5可得到以下规律：

1)正相关性和负相关性的风光出力变化，对二通道电压的影响都要 高于一通道，且一通道中酒泉受影响最大，武胜受影响最小，二通道中鱼 卡受影响最大，沙州受影响最小；

2)无论风光出力变化是正相关性还是负相关性，对电压的影响，都 是风电出力增大的方式大于风电出力减小的方式。

对风电和光伏出力强负相关(风0.6光0、风0光0.8)两种运行方式 进行无功优化分析，发现两种方式下采取无功电压优化措施均能将电压和 无功控制在合理范围内，具体如表9所示：

表9、风电和光伏出力强负相关下，无功电压优化控制后的母线电压

和无功补偿情况表

对风电和光伏出力强正相关(风0光0、风0.6光0.8)两种运行方 式进行无功优化分析，发现两种方式下采取无功优化措施均能将电压和无 功控制在合理范围内，具体如表10所示。

表10、风电和光伏出力强正相关下，无功电压优化控制后的母线电

压和无功补偿情况表

3、计及风/光/荷相关性的系统调峰能力如表11所示，表11中的单 位为万千瓦。

表11、计及风/光/荷相关性的系统调峰能力表

由以图6和表11可以看出，基础方式下接纳风电能力均在392万千 瓦到584万千瓦之间，其中接纳风电能力最大的三个月份为11月，12月， 5月，分别为584万千瓦，582万千瓦，529万千瓦；接纳风电能力最小的 三个月份为二月，一月，三月，分别为392万千瓦，436万千瓦，447万 千瓦。

综上所述，本发明技术方案具有以下特征：

1)量化了千万千瓦级风光混合新能源基地风光出力相关性，提出了 计及风光相关性，用于电网特性分析的风光多种典型出力方式。

2)提出了计及风光出力相关性的送电通道输电极限能力、网架安全 校核、无功电压分析与优化、调峰能力计算等较为完整的电网特性评估体 系与流程。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于 限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领 域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修 改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。