最新消息: USBMI致力于为网友们分享Windows、安卓、IOS等主流手机系统相关的资讯以及评测、同时提供相关教程、应用、软件下载等服务。

大规模风电运行的调度模式设计_侯佑华

IT圈 admin 44浏览 0评论

2024年8月25日发(作者:虎子帆)

43

卷第

8

8

20

10

8

中国电力

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

ELECTRICPOWER

Vol.43

No.8

Aug.2010

新能源

大规模风电运行的调度模式设计

侯佑华

1

,房大中

1

,白永祥

1

,蒿峰

2

,景志滨

2

,郭抒翔

2

010020

1.

天津大学电气与自动化工程学院,天津

300072

2.

内蒙古电力调通中心,内蒙古呼和浩特

摘要

大规模风电入网

是当前内蒙古电网面临的主要问题之一

研究风电负荷特性对电网调度的影响

得出全网风电极小值对电网运行影响最大的结论

分析风电功率预测在电网运行管理中的作用

提出风电

预测的超短期

短期和中期预测相结合的模式

用于电网调度部门的风电运行管理

降低风电对电网的冲

说明采用电网调峰容量接纳风电

可以大幅度降低电网接纳风电的风险

并指出应按照风电跨省

区接纳方式

设计适用于风电运行管理的扁平化调度模式

关键词

风力发电

功率预测

调峰

跨区输送

调度模式

中图分类号

TM614

文献标志码

A

文章编号

1004-9649

2010

08-0067-06

体现在有功功率的波动性对电网调整和调峰的

0

引言

内蒙古作为风电并网容量最大的省

截至

2009

影响

内蒙古电网的风电分布地域东西跨度接近

1000km

发电出力呈现夏季最小

春季较大

的特点

2009

年全网的风电负荷率曲线

每日

08:00

年底

并网风电装机容量突破

4.3GW

风电最大出

力达到

2.65GW

占全网最大发电出力的

15%

最大

日电量

43GW

·

h

占全网日发电量的

12%

全年收购

风电上网电量突破

6TW

·

h

因此对风电进行有效的

运行管理已成为电网运行的主要问题

目前对风电

的并网技术研究由于缺少大规模入网数据

很多研

究建立在单个风电场数据的基础上

对于大规模

中接入的风电群研究

尚处于起步阶段

文献

1-3

5

主要分析了风电功率波动及对调峰的影响

文献

4

7-8

分析了风电场的可用容量问题

文献

9

分展示了大规模风电并网的特点

文献

10

指出风

电对电网运行的影响

但缺乏实际数据的支持

通过

对内蒙古电网风电运行情况的分析

发现与欧洲风

电的运行特点存在一些差异

风电功率特性不同

中接入方式存在稳定和电压控制问题以及风电的远

距离输电问题等

本文的研究重点是结合内蒙古电

网风电运行过程中体现出的特性

当前的电网调度

模式和风电运行特点

设计有效的风电调度方案

1

内蒙古电网风电月度负荷率曲线

23:00

如图

1

所示

Fig.1MonthlyloadcurveofthewindpowerinInner

Mongoliapowergrid

大规模风电入网后

有功功率的波动对电网调

整和方式安排影响很大

调度部门最关心的问题是

出现功率极小的情况是否经常发生

是否是大概率

事件

通过对全网不同阶段风电功率曲线分析

见图

2

3

),

可以发现

风电出力低于全网风电装机容量

10%

的情况经常发生

有些时段居然趋于零

大风季

节也会出现这种情况

例如

1

月份是风电负荷率最

高的时期

2010

1

月初与

2009

12

月底的负

荷率仍有不小的差距

2010

年最初几天

全网风

电出力接近零

持续时间较长

对电网运行影响很

目前

还无法对全国范围内风电负荷特性进行统

1

风电有功功率极小值的分析

风能的间歇性

波动性和随机性很大

无法控

不容易利用

随着风电并网容量的增大

其波动

性和随机性对电网的冲击显现出来

发电方面主要

收稿日期

2010

-

04

-

24

作者简介

侯佑华

1970

—),

内蒙古呼和浩特人

博士研究生

高级工程师

从事风力发电技术

电力系统无功优化研究

E

-

mail

houyouhua@

67

新能源

中国电力

43

2

内蒙古电网

2009

年风电最小出力分布

Fig.2TheminimumpowerloaddistributionchartinInner

Mongoliapowergridin2009

4

内蒙古电网

2009

7

8

月风电功率密度分布曲线

Fig.4WindpowerdensitydistributioncurvefromJulyto

Augustin2009

由于冬季供热

每年

11

月到次年

3

月底的每日

23

00

次日

08:00

内蒙古电网对全网范围内风电出力实施限制

绘制过

程中去掉限荷时段

32010

1

3-7

日风电负荷曲线

去掉限荷时段

withoutthelimitedloadtime

5

内蒙古电网

2009

10

11

月风电功率密度分布曲线

Fig.3WindloadcurveduringJanuary3to7in2010

计分析

但内蒙古电网的跨度

应具有一定的代

表性

文献

6

对风电场功率采取了概率分析的方法

结合内蒙古电网的风电功率分布特点

本文采用概

率分布的方法

对风电的功率密度分布进行分析

得出类似的结论

以风电出力最小的

2009

7

8

月和出力较大

且限荷时段最短的

10

11

月的全网

风电出力曲线为基础

去掉

10

20

日后每日

23:00

到次日

08:00

的限荷时段

),

绘制风电功率密度分布

曲线的具体方法如下

选择分析时间段

T=

0

则功率相对变动

Fig.5WindpowerdensitydistributioncurvefromOctoberto

Novemberin2009

2

对风电功率预测的分析

当前的风电功率预测

是基于对风电未来

48h

的短期功率预测

但从电网的运行需要分析

仅限于

此是不够的

内蒙古电网现已开始试运

3

套不同厂

家开发的风电功率预测软件

同时内蒙古气象服务

中心已生产用于风电场功率预测的数值天气预报

通过对预测结果的研究分析

可以得出一些经验供

大家参考

2.1

风电功率预测系统的精度分析

短期风电功率预测的应用表明

36h

以后的

p

t

),

t∈T

为正态随机过程

如果任意时间段

t

t

n

∈T

p

t

1

),…,

p

t

n

n

维正态向量

n

维正态分布

P

a

B

的密度函数为

准确度急剧下降

通过与实际数据对比

当前功率

预测的准确度在

70%

左右

都存在趋势预测错误

的情况

如果发生预测趋势错误

对电网运行影响

很大

6

是内蒙古电网京能辉腾锡勒风电场预测风

速与实际风速对比情况

其中红线是实际风速

蓝线

是预测风速

7

是京能辉腾锡勒风电场预测功率

与实际功率对比情况

其中红线为实际功率

绿线为

内蒙古电力调度通信中心开发软件的预测曲线

蓝线为中国电科院新能源所开发软件的预测曲线

蓝线为清华大学开发软件的预测曲线

电科院新能源

所和清华大学开发的软件需定期修正

内蒙古电力调

通中心开发的软件具有自动统计修正功能

上述软

件在实际预测过程中

预测精度基本上类似

但不同

时段差异较大

6

7

均是按小时记录的数据

F

x

=

1

n/2

B

1/2

-1

1

exp{-

x-a

B

x-a

′}

2

式中

B

为协方差阵

是正定的

计算选择步长

2.5%

的变化率

所得结果如图

4

5

所示

从图

4

5

可以得出

风电有功功率在大时间跨

度范围内总存在最小值接近于零的问题

对电网运

行管理而言

风电功率的最大值和最小值都会对电

网运行产生冲击

当出现电网无法接纳的最大值

可采取控制输出功率的办法

弃风

);

但当出现

最小值时

可能引起全网功率缺额

影响最大

风电出力最低值的出现

是电网调度最应注意

的问题

68

8

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

新能源

数学方法也不同

内蒙古电力调度通信中心研制的

软件采用混合模型

见图

9

)。

通过内蒙古电网风机

监控系统对模型的精度分析

其预测模型的误差能

控制在

3%

之内

满足运行要求

同时通过对京能辉

腾锡勒风电场功率趋势曲线与平均风速的对比分

选取

6

个月和

12

个月的趋势曲线

形成的预测

模型

取值密度为分钟级

),

基本上没有误差

6

京能辉腾锡勒风电场预测风速与实际风速对比

Fig.6Thecomparisonbetweentheforecastwindspeed

andtheactualwindspeedofBeijingHuitengxilewindfarm

9

内蒙古电网风电监控技术支持系统测得的

风电场趋势曲线

Fig.9

7

京能辉腾锡勒风电场预测功率与实际功率对比

Thetrendcurveofthewindfarmsbymonitoring

technologysupportsystem

Fig.7Thecomparisonbetweentheforecastloadandthe

actualloadofBeijingHuitengxilewindfarm

8

2010

1

31

2

1

日内蒙古气

象服务中心制作的

7

座风电场

48h

风速预测对比

曲线

其中京能辉腾锡勒

华电辉腾锡勒及大唐卓资

中国电力科学研究院新能源所和清华大学采用

统计方法建立的模型

与内蒙古电力调度通信中心

开发软件的模型相比

精度基本相同

从不同软件的

预测误差分析可以得出

采用统计或混合方法建立

的风电场功率预测模型对风电功率预测精度的影响

不大

真正影响风功率预测准确性的核心因素是数

值天气预报的精度

准确预测风速需要长期的数据积累和必要的人

工订正

主要因素是

风电场所在区域一般是局部微

气候地区

掌握它的变化规律比较困难

风电做功风

的湍流特性明显

为弥补数值天气预报精度不足的

问题

内蒙古气象部门根据电网调度需求

开发了如

10

所示的内蒙古自治区未来

48h

风力分布预

使调度部门能够对未来

48h

全区风力变化趋势

准确把握

该图采用与数值天气预报计算不同的方

法获得

标定范围为

27km×27km

变动时间间隔为

3

座相连风电场均位于乌兰察布市辉腾锡勒地区

从图

8

中可以看出

风速预测值只是趋势相同

实际

数值并不相同

说明在风电群内部的风电场

都需要

单独预测

并且风速预测受风电场的地形和所在风

电群位置的影响很大

2.2

风电功率预测模型分析与提高精度方法的探讨

内蒙古电网

3

套功率预测软件的计算模型既有

统计模型

也有统计和物理的混合模型

生成模型的

3h

每日

20

00

提供

10

的最大优点是对风的变化趋势把握得很

可作为超短期和短期功率预报的依据

同时内

蒙古电力调通中心还开发了风电场运行监测系统

实现了对运行风机各种参数的采集和监视功能

括测风装置信息的采集

实现了对风电机组做功主

导风的研究

绘制了如图

11

所示的风电机组风向

8

内蒙古电网

7

个风电场预测风速

玫瑰图

通过风向玫瑰图

发现内蒙古电网风电做功风

主要是北风或偏北风

即使是夏季也是如此

同时发

Fig.8Theforecastwindspeedofthesevenwindfarmsin

InnerMongoliapowergrid

69

新能源

中国电力

43

2.3.1

超短期风电功率预测功能

实现风电场的超短期功率预测

可以指导调

度员对未来电网调整方式进行预判

其预测精度

应高于短期功率预测

目前

超短期功率预测采用

的方法是通过测风数据推算实现

存在趋势把握

能力差的问题

内蒙古电力调度通信中心将采用

风力趋势变化与测风数据相结合的方式实现

于指导风电场的

AGC

自动发电控制

和调度员对

电网的实时调整

2.3.2

短期风电功率预测功能

短期功率预测

主要用于运方人员根据预测功

安排电网次日的运行方式

对短期功率预测

10

内蒙古地区未来

48h

风力分布

前已实现每日预测

1

修正

1

次的功能

是当前风

电功率预测已实用的功能

但由于精度的问题

无法

作为风电场

AGC

的依据

同时对电网中期的发电计

划指导意义不大

Fig.10ThewinddistributionmapofInnerMongoliapower

girdinthecoming48hours

2.3.3

风力的中期趋势分析

风力变化的中期趋势预测是内蒙古电力调度通

信中心根据电网运行实际提出的预测要求

主要是

辅助火电机组中期运行方式的制定

其依据是天气

过程的分析

天气过程中

风的中期趋势特性更多的

是受大气环流的影响

进行风的中期趋势预测

主要

是掌握未来风力变化的趋势

找到极值点

特别是全

网范围内发生的最小极值点

提前对电网方式进行

调整

因此并不需要数值预报

同时对预测精度要求

不高

误差在几小时之内是完全能够承受的

结合调度部门对风电预测的需求

还要调整

现有调度的工作模式

适应大规模风电运行管理

的要求

11

风机风向玫瑰图

Fig.11Rosediagramofwinddirection

3

大规模风电调度模式的设计

设计风电的调度模式

应根据国家能源局对

当一个天气过程结束另一个天气过程未开始时

往往是风电出力最小的时段

这个成果对指导风电

运行非常有益

风电消纳的要求

结合风电运行特点

需要尽快

完成

2.3

调度部门对风电预测需求的分析

大规模风电入网

电网调度部门需要准确把握

3.1

接纳风电的模式分析

在目前风电功率预测精度不满足运行要求的

风电功率的变化趋势和变化幅度

因此风电功率预

测应能够实现超短期

未来

3h

和短期

未来

48h

的预测

此外

风力资源丰富的

三北

地区

东北

西北

),

装机以火电机组为主

调峰幅度偏小

停机持续时间长

依靠短期预测指导电网运行方式

安排

将不可避免地发生

风电功率的波动引发电网

发电计划的波动问题

要解决这个问题

必须掌握未

7d

的风力变化情况

即实现风的中期趋势分析

实现风的中期趋势分析

必须通过天气过程分析

握风的变化趋势

对调度部门而言

风电功率不同时

段的预测主要用于以下几方面工作

情况下

采取利用电网调峰容量接纳风电是最稳

妥的

因此

首先应研究利用调峰能力接纳风电的

容量

结合内蒙古电网的实际

可以采用负荷仿真的

方法

研究不同时段风电的接纳能力

2009

年内

蒙古电网实际运行数据进行仿真

对风电出力采用

等比例增加的原则

保证风电出力的同时率一致

据内蒙古电网

2009

7

8

月和

10

11

月的实际

运行情况

按调峰容量接纳风电

期间全网最大发电

负荷

18~18.5GW

地区供电最大负荷

16GW

及最

小负荷

12GW

为分析基础

夏季

冬季火电机组调

70

8

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

新能源

峰能力分别按

50%

55%

进行仿真

火电机组开机

方式的旋转备用容量为

1GW

仿真所得结果如图

3.2.1

风电大规模入网对当前调度模式的影响

目前我国的电网调度模式是垂直化运行管理的

日前调度模式

即当日

16

00

前完成次日的电网运

行方式安排

17

00

时下达各运行单位

当日

调度

员根据电网运行方式安排

进行电网调整

大量风电

入网后带来的问题是

风电预测的数值天气预报时

间无法按照现阶段调度管理的时间要求提供

大规

模输送风电

系统校核必须在得到风电预测数据后

才能进行

可能准备时间不超过几小时

风的变化需

要快速通知各相关调度部门

及时对电网进行调整

因此

为适应大规模风电入网的运行管理

必须设计

新的电网调度模式

12

13

所示

122009

7

8

10GW

风电入网的有功功率曲线

connectedwithInnerMongoliapowergridfrom

JulytoAugustin2009

3.2.2

风电跨区输送的调度模式分析与设计

Fig.12Loadsimulationcurvesof10GWwindpower

现在国调中心已开始实行大值班制度

做到电

网各种运行方式的实时处理

随着大规模风电入网

和跨省

跨区接纳风电的开始

不但需要电网调度实

行大值班

实现实时处理

还需要打破原有的垂直化

管理模式

实行电网调度信息和指令的交互化

快速

包括设立专门的风电运行专用调度席位

专门的

风电分析部门和风电统一调度中心

进行调峰容量

调度

以便实时调整电网对风电的接纳容量

14

所示的结构体系是两级调度结构

特殊情

况时

直接转化为平行调度结构

即扁平化调度结

),

具备风电运行情况的快速交换能力

风电调度管

理的核心是电网运行信息的全面交换和调度的快速

响应

包括风资源信息的交换和联合分析

确保及时

132009

10

11

6GW

风电入网的有功功率仿真

去掉限荷时段

进行电网调整和运行风险评估

现在

内蒙古电力调

度通信中心已开始这方面的工作

国家电力调度通信

中心

简称国调中心

也进行了详细的研究和论证

Fig.13Loadsimulationcurvesof6GWwindpower

connectedwithInnerMongoliapowergridfromOctoberto

Novemberin2009(withoutthelimitedloadtime)

12

13

中曲线

1

2

是全网最大

最小的发电

出力区间

曲线

3

4

是电网接入

10GW

6GW

电后

等比例放大的全网风电出力最大

最小区间

曲线

5

是火电开机方式的最小出力限值

通过仿真

曲线可以发现

个别时段需要风电部分弃风运行

但时间很短

弃风容量较小

基本上可以作为电网

采用调峰方式接纳风电的最大能力

对内蒙古电网

而言

冬季接纳风电容量约为电网最大发电出力的

30%

夏季比冬季更大

如果减少火电的旋转备用

容量

还可增加风电的接纳容量

但电网运行的风

险增大较多

采用此方法实现跨省或跨区接纳

大幅提高电网接纳风电的能力

同时也可降低电网

运行风电的风险

3.2

接纳风电的调度模式设计

采用电网调峰能力接纳风电

需要在现有的调

14

风电调度管理体系结构

度模式中加入风电运行管理环节

跨省或跨区输送

风电时更需如此

Fig.14Dispatchingchartofwindpower

71

新能源

中国电力

43

电机工程学报

,2005

25

5

:103-107.

4

结语

本文通过对风电运行特性的分析

研究了接纳

WANGHai

-

chao,LUZong

-

xiang,ZHOUShuang

-

chonthe

capacitycreditofwindenergyresources

J

.ProceedingoftheCSEE,

2005

25

5

:103-107.

5

王承煦

张源

.

风力发电

M

.

北京

中国电力出版社

2003.

风电对电网运行管理的影响

分析了短期风电功率

预测的特点

结合风电调度管理的需求

提出风电

功率超短期预测和风力变化的中期趋势预测对电

网调度运行的重要性

指出采用电网调峰能力接纳

风电的模式对电网运行的风险是最小的

同时进行

了调峰容量接纳风电的最大容量仿真

说明大规模

风电入网需要跨省

跨区调用调峰容量进行接纳

在现有的调度模式基础上

设计了跨省

跨区输送

风电的全国调度运行模式

以供风电规划和运行管

理部门参考

WANGCheng

-

xi

wer

M

.Beijing:China

ElectricPowerPress,2003.

6

丁明

吴义纯

张立军

.

风电场风速概率分布参数计算方法的

研究

J

中国电机工程学报

2005

25

5

):

19-24.

DINGMing

WUYi

-

chun

ZHANGLi

-

jun.Studyonthealgorithmto

theprobabilisticdistributionparametersofwindspeedinwindfarms

J

.ProceedingsoftheCSEE

2005

25

5

):

19-24.

7

迟永宁

刘燕华

.

风电接入对电力系统的影响

J

电网技术

,

2007,31

2

:77-81.

CHIYong

-

ning,LIUYan

-

nimpactofwindpowerintegration

onpowersystem

J

.PowerSystemTechnology,2007,31

2

:77-81.

8

吴俊玲

周双喜

孙建锋

.

并网风力发电最大注入功率分析

J

.

电网技术

2004

28

20

):

28-32.

参考文献

1

张宁

周天睿

段长刚

.

大规模风电场接入对电力系统调峰

的影响

J

.

电网技术

,2010

34

1

):

152-158.

WUJun

-

ling,ZHOUShuang

-

xi,SUNJian

-

feng,ison

maximumpowerinjectionofwindfarmconnectedtopowersystem

J

.

PowerSystemTechnology,2004

28

20

):

28-32.

9

高德宾

李群

金元

.

东北电网风电运行特性分析与研

C

//

中国风电论坛论文集

.

威海

,2009:13-20.

ZHANGNing,ZHOUTian

-

rui

DUANChang

-

gang,of

large

-

scalewindfarmconnectingwithpowergridonpeakloadregulation

demand

J

.PowerSystemTechnology,2010

34

1

):

152-158.

2

韩涛

卢继平

乔梁

.

大型并网风电场储能容量优化方案

J

.

电网技术

,2010

34

1

):

169-

-

bin,LIQun,JINYuan,isandresearchonwind

poweroperationinNortheastChina

C

//ProceedingsofChinaWind

,2009:13-20.

10

李峰

路一川

大规模风力发电对电力系统的影响

J

中国

电力

2006

39

11

):

80-84.

HANTao,LUJi

-

ping,QIAOLiang,zedschemeofenergy

-

storagecapacityforgrid

-

connectedlarge

-

scalewindfarm

J

.Power

SystemTechnology,2010

34

1

):

169-173.

3

RONAND,ELEANORD,operationwithasignificant

windpowerpenetration

C

//IEEEPowerSocietyGeneralMeeting.

Denver

Colorado,USA

2004

587-595.

4

王海超

鲁宗相

周双喜

.

风电场发电容量可信度研究

J

.

中国

LIFeng

LUYi

-

chuan.Influencesoflarge

-

scalewindenergyconverters

ontransmissionsystems

J

.ElectricPower

2006

39

11

):

80-84.

(责任编辑李新捷)

Dispatchingmodeldesigningforlargescalewindpower

HOUYou

-

hua

1

FANGDa

-

zhong

1

BAIYong

-

xiang

1

HAOFeng

2

JINGZhi

-

bin

2

GUOShu

-

xiang

2

1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,TianjinUniversity,Tianjin300072,China

2.InnerMongoliaPowerDispatchingand

CommunicatingCenter,Huhhot010020,China

Abstract:Currently,theintegratingoflarge

-

scalewindpowerisoneofthemainproblemsthatInnerMongoliapowergridisfacedwith.

Accordingtotheanalysisofthecharacteristicsofwindpowerloadandtheirimpactondispatching,itwasconcludedthatthegreatestimpact

thatthewindpowerbringstyzingthefunctionofwind

powerforecastingingriddispatching,anewmodeofwindpowerforecastingwasproposed,whichiscombinedwiththeultra

-

short

-

term,

ecanbeusedinthewindpoweroperationanddispatching,andcansignificantlyreducetheimpactof

evealedthatusingpowerregulatingcapacitytoacceptwindpowercanlowertheacceptingriskandincreasethe

eringcountry

snewenergyplanning,amethodoftheacceptanceofwindpowerbyinterregionaltransferandits

dispatchingmodelwereproposed.

Keywords:windpower

powerforecasting

peakregulation

interregionaltransfer

dispatchingmodel

72

2024年8月25日发(作者:虎子帆)

43

卷第

8

8

20

10

8

中国电力

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

ELECTRICPOWER

Vol.43

No.8

Aug.2010

新能源

大规模风电运行的调度模式设计

侯佑华

1

,房大中

1

,白永祥

1

,蒿峰

2

,景志滨

2

,郭抒翔

2

010020

1.

天津大学电气与自动化工程学院,天津

300072

2.

内蒙古电力调通中心,内蒙古呼和浩特

摘要

大规模风电入网

是当前内蒙古电网面临的主要问题之一

研究风电负荷特性对电网调度的影响

得出全网风电极小值对电网运行影响最大的结论

分析风电功率预测在电网运行管理中的作用

提出风电

预测的超短期

短期和中期预测相结合的模式

用于电网调度部门的风电运行管理

降低风电对电网的冲

说明采用电网调峰容量接纳风电

可以大幅度降低电网接纳风电的风险

并指出应按照风电跨省

区接纳方式

设计适用于风电运行管理的扁平化调度模式

关键词

风力发电

功率预测

调峰

跨区输送

调度模式

中图分类号

TM614

文献标志码

A

文章编号

1004-9649

2010

08-0067-06

体现在有功功率的波动性对电网调整和调峰的

0

引言

内蒙古作为风电并网容量最大的省

截至

2009

影响

内蒙古电网的风电分布地域东西跨度接近

1000km

发电出力呈现夏季最小

春季较大

的特点

2009

年全网的风电负荷率曲线

每日

08:00

年底

并网风电装机容量突破

4.3GW

风电最大出

力达到

2.65GW

占全网最大发电出力的

15%

最大

日电量

43GW

·

h

占全网日发电量的

12%

全年收购

风电上网电量突破

6TW

·

h

因此对风电进行有效的

运行管理已成为电网运行的主要问题

目前对风电

的并网技术研究由于缺少大规模入网数据

很多研

究建立在单个风电场数据的基础上

对于大规模

中接入的风电群研究

尚处于起步阶段

文献

1-3

5

主要分析了风电功率波动及对调峰的影响

文献

4

7-8

分析了风电场的可用容量问题

文献

9

分展示了大规模风电并网的特点

文献

10

指出风

电对电网运行的影响

但缺乏实际数据的支持

通过

对内蒙古电网风电运行情况的分析

发现与欧洲风

电的运行特点存在一些差异

风电功率特性不同

中接入方式存在稳定和电压控制问题以及风电的远

距离输电问题等

本文的研究重点是结合内蒙古电

网风电运行过程中体现出的特性

当前的电网调度

模式和风电运行特点

设计有效的风电调度方案

1

内蒙古电网风电月度负荷率曲线

23:00

如图

1

所示

Fig.1MonthlyloadcurveofthewindpowerinInner

Mongoliapowergrid

大规模风电入网后

有功功率的波动对电网调

整和方式安排影响很大

调度部门最关心的问题是

出现功率极小的情况是否经常发生

是否是大概率

事件

通过对全网不同阶段风电功率曲线分析

见图

2

3

),

可以发现

风电出力低于全网风电装机容量

10%

的情况经常发生

有些时段居然趋于零

大风季

节也会出现这种情况

例如

1

月份是风电负荷率最

高的时期

2010

1

月初与

2009

12

月底的负

荷率仍有不小的差距

2010

年最初几天

全网风

电出力接近零

持续时间较长

对电网运行影响很

目前

还无法对全国范围内风电负荷特性进行统

1

风电有功功率极小值的分析

风能的间歇性

波动性和随机性很大

无法控

不容易利用

随着风电并网容量的增大

其波动

性和随机性对电网的冲击显现出来

发电方面主要

收稿日期

2010

-

04

-

24

作者简介

侯佑华

1970

—),

内蒙古呼和浩特人

博士研究生

高级工程师

从事风力发电技术

电力系统无功优化研究

E

-

mail

houyouhua@

67

新能源

中国电力

43

2

内蒙古电网

2009

年风电最小出力分布

Fig.2TheminimumpowerloaddistributionchartinInner

Mongoliapowergridin2009

4

内蒙古电网

2009

7

8

月风电功率密度分布曲线

Fig.4WindpowerdensitydistributioncurvefromJulyto

Augustin2009

由于冬季供热

每年

11

月到次年

3

月底的每日

23

00

次日

08:00

内蒙古电网对全网范围内风电出力实施限制

绘制过

程中去掉限荷时段

32010

1

3-7

日风电负荷曲线

去掉限荷时段

withoutthelimitedloadtime

5

内蒙古电网

2009

10

11

月风电功率密度分布曲线

Fig.3WindloadcurveduringJanuary3to7in2010

计分析

但内蒙古电网的跨度

应具有一定的代

表性

文献

6

对风电场功率采取了概率分析的方法

结合内蒙古电网的风电功率分布特点

本文采用概

率分布的方法

对风电的功率密度分布进行分析

得出类似的结论

以风电出力最小的

2009

7

8

月和出力较大

且限荷时段最短的

10

11

月的全网

风电出力曲线为基础

去掉

10

20

日后每日

23:00

到次日

08:00

的限荷时段

),

绘制风电功率密度分布

曲线的具体方法如下

选择分析时间段

T=

0

则功率相对变动

Fig.5WindpowerdensitydistributioncurvefromOctoberto

Novemberin2009

2

对风电功率预测的分析

当前的风电功率预测

是基于对风电未来

48h

的短期功率预测

但从电网的运行需要分析

仅限于

此是不够的

内蒙古电网现已开始试运

3

套不同厂

家开发的风电功率预测软件

同时内蒙古气象服务

中心已生产用于风电场功率预测的数值天气预报

通过对预测结果的研究分析

可以得出一些经验供

大家参考

2.1

风电功率预测系统的精度分析

短期风电功率预测的应用表明

36h

以后的

p

t

),

t∈T

为正态随机过程

如果任意时间段

t

t

n

∈T

p

t

1

),…,

p

t

n

n

维正态向量

n

维正态分布

P

a

B

的密度函数为

准确度急剧下降

通过与实际数据对比

当前功率

预测的准确度在

70%

左右

都存在趋势预测错误

的情况

如果发生预测趋势错误

对电网运行影响

很大

6

是内蒙古电网京能辉腾锡勒风电场预测风

速与实际风速对比情况

其中红线是实际风速

蓝线

是预测风速

7

是京能辉腾锡勒风电场预测功率

与实际功率对比情况

其中红线为实际功率

绿线为

内蒙古电力调度通信中心开发软件的预测曲线

蓝线为中国电科院新能源所开发软件的预测曲线

蓝线为清华大学开发软件的预测曲线

电科院新能源

所和清华大学开发的软件需定期修正

内蒙古电力调

通中心开发的软件具有自动统计修正功能

上述软

件在实际预测过程中

预测精度基本上类似

但不同

时段差异较大

6

7

均是按小时记录的数据

F

x

=

1

n/2

B

1/2

-1

1

exp{-

x-a

B

x-a

′}

2

式中

B

为协方差阵

是正定的

计算选择步长

2.5%

的变化率

所得结果如图

4

5

所示

从图

4

5

可以得出

风电有功功率在大时间跨

度范围内总存在最小值接近于零的问题

对电网运

行管理而言

风电功率的最大值和最小值都会对电

网运行产生冲击

当出现电网无法接纳的最大值

可采取控制输出功率的办法

弃风

);

但当出现

最小值时

可能引起全网功率缺额

影响最大

风电出力最低值的出现

是电网调度最应注意

的问题

68

8

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

新能源

数学方法也不同

内蒙古电力调度通信中心研制的

软件采用混合模型

见图

9

)。

通过内蒙古电网风机

监控系统对模型的精度分析

其预测模型的误差能

控制在

3%

之内

满足运行要求

同时通过对京能辉

腾锡勒风电场功率趋势曲线与平均风速的对比分

选取

6

个月和

12

个月的趋势曲线

形成的预测

模型

取值密度为分钟级

),

基本上没有误差

6

京能辉腾锡勒风电场预测风速与实际风速对比

Fig.6Thecomparisonbetweentheforecastwindspeed

andtheactualwindspeedofBeijingHuitengxilewindfarm

9

内蒙古电网风电监控技术支持系统测得的

风电场趋势曲线

Fig.9

7

京能辉腾锡勒风电场预测功率与实际功率对比

Thetrendcurveofthewindfarmsbymonitoring

technologysupportsystem

Fig.7Thecomparisonbetweentheforecastloadandthe

actualloadofBeijingHuitengxilewindfarm

8

2010

1

31

2

1

日内蒙古气

象服务中心制作的

7

座风电场

48h

风速预测对比

曲线

其中京能辉腾锡勒

华电辉腾锡勒及大唐卓资

中国电力科学研究院新能源所和清华大学采用

统计方法建立的模型

与内蒙古电力调度通信中心

开发软件的模型相比

精度基本相同

从不同软件的

预测误差分析可以得出

采用统计或混合方法建立

的风电场功率预测模型对风电功率预测精度的影响

不大

真正影响风功率预测准确性的核心因素是数

值天气预报的精度

准确预测风速需要长期的数据积累和必要的人

工订正

主要因素是

风电场所在区域一般是局部微

气候地区

掌握它的变化规律比较困难

风电做功风

的湍流特性明显

为弥补数值天气预报精度不足的

问题

内蒙古气象部门根据电网调度需求

开发了如

10

所示的内蒙古自治区未来

48h

风力分布预

使调度部门能够对未来

48h

全区风力变化趋势

准确把握

该图采用与数值天气预报计算不同的方

法获得

标定范围为

27km×27km

变动时间间隔为

3

座相连风电场均位于乌兰察布市辉腾锡勒地区

从图

8

中可以看出

风速预测值只是趋势相同

实际

数值并不相同

说明在风电群内部的风电场

都需要

单独预测

并且风速预测受风电场的地形和所在风

电群位置的影响很大

2.2

风电功率预测模型分析与提高精度方法的探讨

内蒙古电网

3

套功率预测软件的计算模型既有

统计模型

也有统计和物理的混合模型

生成模型的

3h

每日

20

00

提供

10

的最大优点是对风的变化趋势把握得很

可作为超短期和短期功率预报的依据

同时内

蒙古电力调通中心还开发了风电场运行监测系统

实现了对运行风机各种参数的采集和监视功能

括测风装置信息的采集

实现了对风电机组做功主

导风的研究

绘制了如图

11

所示的风电机组风向

8

内蒙古电网

7

个风电场预测风速

玫瑰图

通过风向玫瑰图

发现内蒙古电网风电做功风

主要是北风或偏北风

即使是夏季也是如此

同时发

Fig.8Theforecastwindspeedofthesevenwindfarmsin

InnerMongoliapowergrid

69

新能源

中国电力

43

2.3.1

超短期风电功率预测功能

实现风电场的超短期功率预测

可以指导调

度员对未来电网调整方式进行预判

其预测精度

应高于短期功率预测

目前

超短期功率预测采用

的方法是通过测风数据推算实现

存在趋势把握

能力差的问题

内蒙古电力调度通信中心将采用

风力趋势变化与测风数据相结合的方式实现

于指导风电场的

AGC

自动发电控制

和调度员对

电网的实时调整

2.3.2

短期风电功率预测功能

短期功率预测

主要用于运方人员根据预测功

安排电网次日的运行方式

对短期功率预测

10

内蒙古地区未来

48h

风力分布

前已实现每日预测

1

修正

1

次的功能

是当前风

电功率预测已实用的功能

但由于精度的问题

无法

作为风电场

AGC

的依据

同时对电网中期的发电计

划指导意义不大

Fig.10ThewinddistributionmapofInnerMongoliapower

girdinthecoming48hours

2.3.3

风力的中期趋势分析

风力变化的中期趋势预测是内蒙古电力调度通

信中心根据电网运行实际提出的预测要求

主要是

辅助火电机组中期运行方式的制定

其依据是天气

过程的分析

天气过程中

风的中期趋势特性更多的

是受大气环流的影响

进行风的中期趋势预测

主要

是掌握未来风力变化的趋势

找到极值点

特别是全

网范围内发生的最小极值点

提前对电网方式进行

调整

因此并不需要数值预报

同时对预测精度要求

不高

误差在几小时之内是完全能够承受的

结合调度部门对风电预测的需求

还要调整

现有调度的工作模式

适应大规模风电运行管理

的要求

11

风机风向玫瑰图

Fig.11Rosediagramofwinddirection

3

大规模风电调度模式的设计

设计风电的调度模式

应根据国家能源局对

当一个天气过程结束另一个天气过程未开始时

往往是风电出力最小的时段

这个成果对指导风电

运行非常有益

风电消纳的要求

结合风电运行特点

需要尽快

完成

2.3

调度部门对风电预测需求的分析

大规模风电入网

电网调度部门需要准确把握

3.1

接纳风电的模式分析

在目前风电功率预测精度不满足运行要求的

风电功率的变化趋势和变化幅度

因此风电功率预

测应能够实现超短期

未来

3h

和短期

未来

48h

的预测

此外

风力资源丰富的

三北

地区

东北

西北

),

装机以火电机组为主

调峰幅度偏小

停机持续时间长

依靠短期预测指导电网运行方式

安排

将不可避免地发生

风电功率的波动引发电网

发电计划的波动问题

要解决这个问题

必须掌握未

7d

的风力变化情况

即实现风的中期趋势分析

实现风的中期趋势分析

必须通过天气过程分析

握风的变化趋势

对调度部门而言

风电功率不同时

段的预测主要用于以下几方面工作

情况下

采取利用电网调峰容量接纳风电是最稳

妥的

因此

首先应研究利用调峰能力接纳风电的

容量

结合内蒙古电网的实际

可以采用负荷仿真的

方法

研究不同时段风电的接纳能力

2009

年内

蒙古电网实际运行数据进行仿真

对风电出力采用

等比例增加的原则

保证风电出力的同时率一致

据内蒙古电网

2009

7

8

月和

10

11

月的实际

运行情况

按调峰容量接纳风电

期间全网最大发电

负荷

18~18.5GW

地区供电最大负荷

16GW

及最

小负荷

12GW

为分析基础

夏季

冬季火电机组调

70

8

侯佑华等

大规模风电运行的调度模式设计

新能源

峰能力分别按

50%

55%

进行仿真

火电机组开机

方式的旋转备用容量为

1GW

仿真所得结果如图

3.2.1

风电大规模入网对当前调度模式的影响

目前我国的电网调度模式是垂直化运行管理的

日前调度模式

即当日

16

00

前完成次日的电网运

行方式安排

17

00

时下达各运行单位

当日

调度

员根据电网运行方式安排

进行电网调整

大量风电

入网后带来的问题是

风电预测的数值天气预报时

间无法按照现阶段调度管理的时间要求提供

大规

模输送风电

系统校核必须在得到风电预测数据后

才能进行

可能准备时间不超过几小时

风的变化需

要快速通知各相关调度部门

及时对电网进行调整

因此

为适应大规模风电入网的运行管理

必须设计

新的电网调度模式

12

13

所示

122009

7

8

10GW

风电入网的有功功率曲线

connectedwithInnerMongoliapowergridfrom

JulytoAugustin2009

3.2.2

风电跨区输送的调度模式分析与设计

Fig.12Loadsimulationcurvesof10GWwindpower

现在国调中心已开始实行大值班制度

做到电

网各种运行方式的实时处理

随着大规模风电入网

和跨省

跨区接纳风电的开始

不但需要电网调度实

行大值班

实现实时处理

还需要打破原有的垂直化

管理模式

实行电网调度信息和指令的交互化

快速

包括设立专门的风电运行专用调度席位

专门的

风电分析部门和风电统一调度中心

进行调峰容量

调度

以便实时调整电网对风电的接纳容量

14

所示的结构体系是两级调度结构

特殊情

况时

直接转化为平行调度结构

即扁平化调度结

),

具备风电运行情况的快速交换能力

风电调度管

理的核心是电网运行信息的全面交换和调度的快速

响应

包括风资源信息的交换和联合分析

确保及时

132009

10

11

6GW

风电入网的有功功率仿真

去掉限荷时段

进行电网调整和运行风险评估

现在

内蒙古电力调

度通信中心已开始这方面的工作

国家电力调度通信

中心

简称国调中心

也进行了详细的研究和论证

Fig.13Loadsimulationcurvesof6GWwindpower

connectedwithInnerMongoliapowergridfromOctoberto

Novemberin2009(withoutthelimitedloadtime)

12

13

中曲线

1

2

是全网最大

最小的发电

出力区间

曲线

3

4

是电网接入

10GW

6GW

电后

等比例放大的全网风电出力最大

最小区间

曲线

5

是火电开机方式的最小出力限值

通过仿真

曲线可以发现

个别时段需要风电部分弃风运行

但时间很短

弃风容量较小

基本上可以作为电网

采用调峰方式接纳风电的最大能力

对内蒙古电网

而言

冬季接纳风电容量约为电网最大发电出力的

30%

夏季比冬季更大

如果减少火电的旋转备用

容量

还可增加风电的接纳容量

但电网运行的风

险增大较多

采用此方法实现跨省或跨区接纳

大幅提高电网接纳风电的能力

同时也可降低电网

运行风电的风险

3.2

接纳风电的调度模式设计

采用电网调峰能力接纳风电

需要在现有的调

14

风电调度管理体系结构

度模式中加入风电运行管理环节

跨省或跨区输送

风电时更需如此

Fig.14Dispatchingchartofwindpower

71

新能源

中国电力

43

电机工程学报

,2005

25

5

:103-107.

4

结语

本文通过对风电运行特性的分析

研究了接纳

WANGHai

-

chao,LUZong

-

xiang,ZHOUShuang

-

chonthe

capacitycreditofwindenergyresources

J

.ProceedingoftheCSEE,

2005

25

5

:103-107.

5

王承煦

张源

.

风力发电

M

.

北京

中国电力出版社

2003.

风电对电网运行管理的影响

分析了短期风电功率

预测的特点

结合风电调度管理的需求

提出风电

功率超短期预测和风力变化的中期趋势预测对电

网调度运行的重要性

指出采用电网调峰能力接纳

风电的模式对电网运行的风险是最小的

同时进行

了调峰容量接纳风电的最大容量仿真

说明大规模

风电入网需要跨省

跨区调用调峰容量进行接纳

在现有的调度模式基础上

设计了跨省

跨区输送

风电的全国调度运行模式

以供风电规划和运行管

理部门参考

WANGCheng

-

xi

wer

M

.Beijing:China

ElectricPowerPress,2003.

6

丁明

吴义纯

张立军

.

风电场风速概率分布参数计算方法的

研究

J

中国电机工程学报

2005

25

5

):

19-24.

DINGMing

WUYi

-

chun

ZHANGLi

-

jun.Studyonthealgorithmto

theprobabilisticdistributionparametersofwindspeedinwindfarms

J

.ProceedingsoftheCSEE

2005

25

5

):

19-24.

7

迟永宁

刘燕华

.

风电接入对电力系统的影响

J

电网技术

,

2007,31

2

:77-81.

CHIYong

-

ning,LIUYan

-

nimpactofwindpowerintegration

onpowersystem

J

.PowerSystemTechnology,2007,31

2

:77-81.

8

吴俊玲

周双喜

孙建锋

.

并网风力发电最大注入功率分析

J

.

电网技术

2004

28

20

):

28-32.

参考文献

1

张宁

周天睿

段长刚

.

大规模风电场接入对电力系统调峰

的影响

J

.

电网技术

,2010

34

1

):

152-158.

WUJun

-

ling,ZHOUShuang

-

xi,SUNJian

-

feng,ison

maximumpowerinjectionofwindfarmconnectedtopowersystem

J

.

PowerSystemTechnology,2004

28

20

):

28-32.

9

高德宾

李群

金元

.

东北电网风电运行特性分析与研

C

//

中国风电论坛论文集

.

威海

,2009:13-20.

ZHANGNing,ZHOUTian

-

rui

DUANChang

-

gang,of

large

-

scalewindfarmconnectingwithpowergridonpeakloadregulation

demand

J

.PowerSystemTechnology,2010

34

1

):

152-158.

2

韩涛

卢继平

乔梁

.

大型并网风电场储能容量优化方案

J

.

电网技术

,2010

34

1

):

169-

-

bin,LIQun,JINYuan,isandresearchonwind

poweroperationinNortheastChina

C

//ProceedingsofChinaWind

,2009:13-20.

10

李峰

路一川

大规模风力发电对电力系统的影响

J

中国

电力

2006

39

11

):

80-84.

HANTao,LUJi

-

ping,QIAOLiang,zedschemeofenergy

-

storagecapacityforgrid

-

connectedlarge

-

scalewindfarm

J

.Power

SystemTechnology,2010

34

1

):

169-173.

3

RONAND,ELEANORD,operationwithasignificant

windpowerpenetration

C

//IEEEPowerSocietyGeneralMeeting.

Denver

Colorado,USA

2004

587-595.

4

王海超

鲁宗相

周双喜

.

风电场发电容量可信度研究

J

.

中国

LIFeng

LUYi

-

chuan.Influencesoflarge

-

scalewindenergyconverters

ontransmissionsystems

J

.ElectricPower

2006

39

11

):

80-84.

(责任编辑李新捷)

Dispatchingmodeldesigningforlargescalewindpower

HOUYou

-

hua

1

FANGDa

-

zhong

1

BAIYong

-

xiang

1

HAOFeng

2

JINGZhi

-

bin

2

GUOShu

-

xiang

2

1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,TianjinUniversity,Tianjin300072,China

2.InnerMongoliaPowerDispatchingand

CommunicatingCenter,Huhhot010020,China

Abstract:Currently,theintegratingoflarge

-

scalewindpowerisoneofthemainproblemsthatInnerMongoliapowergridisfacedwith.

Accordingtotheanalysisofthecharacteristicsofwindpowerloadandtheirimpactondispatching,itwasconcludedthatthegreatestimpact

thatthewindpowerbringstyzingthefunctionofwind

powerforecastingingriddispatching,anewmodeofwindpowerforecastingwasproposed,whichiscombinedwiththeultra

-

short

-

term,

ecanbeusedinthewindpoweroperationanddispatching,andcansignificantlyreducetheimpactof

evealedthatusingpowerregulatingcapacitytoacceptwindpowercanlowertheacceptingriskandincreasethe

eringcountry

snewenergyplanning,amethodoftheacceptanceofwindpowerbyinterregionaltransferandits

dispatchingmodelwereproposed.

Keywords:windpower

powerforecasting

peakregulation

interregionaltransfer

dispatchingmodel

72

发布评论

评论列表 (0)

  1. 暂无评论