基于运行状态耦合关系的大规模风电联网源网协调机理研究

Large scale wind power concentrated integrating to power grid is an effective way for the wind energy exploiture. Since the fluctuant, almost uncontrollable and low forecasting precision characteristic of wind power, the controlability of power generation has been weakened, and which is the ultimate reason of the worse effects on power grid security caused by the wind power. If the worse effects of wind power on power grid have not been accurately evaluated, the power grid operator normally would overestimate the risk, and then the incorporation of wind power is to be restricted at a lower level. So the development of wind power is limited in certain extent.The project is to build systematic analysis methods on output power fluctuation characteristics of large-scale highly concentrated wind farms, by which the spatio-temporal distribution characteristic of wind power is recognized and deeply studied, and then the intrinsic association characteristics between wind power and grid power are analyzed. Taking into account the reserve capacity and transmission margin of power grid, a multi-operating scenarios quantitative analysis method of source-grid coordination mechanism is established. The coordinated control strategies between wind power and the power grid are finally proposed, by identifying the coupling relations of both operating states.With the construction of some huge wind farms in China, the contradiction between the large-scale integrated wind power and the security of power grid will be further alleviated. The proposed strategies are going to meet the needs of operation security of power grid together with great development of wind energy exploitation.

风力发电联网运行是实现风能大规模开发利用的有效途径。风电是一种具有波动性且不完全受控的电源，大规模风力发电功率通常难以准确预测，因此大规模风电联网将削弱电网调度对发电功率的控制能力，进而可能威胁电网的安全、经济运行。在难以准确把握风电功率波动不利影响的情况下，电网可能会高估风电功率波动带来的风险而限制风电接入规模以确保电网安全运行，从而在一定程度上阻碍了风电的规模化开发。本项目拟研究大规模、高集中度风电场群输出功率波动特性分析方法，揭示风电功率波动的时空分布特征，分析风电功率与电网功率的本征关联特性，研究计及电网可控旋转备用和网络传输裕度的多场景风电-电网协调运行机理，构建基于风电-电网运行状态耦合关系的源网协调控制方法，充分挖掘既有电网的风电接纳潜能，缓解大规模风电联网需求与电网运行安全之间的矛盾，促进风能的大规模开发利用。

我国风电已呈现“大风电、高渗透”的发展态势，随着风电的大规模开发，相对于风电波动，电网的调节能力“相形见拙”，风电与电网的矛盾（源网矛盾）呈现更强的整体性和系统性，靠单一措施难以治理，造成大面积弃风甚至危及电网安全的后果。. 本项目通过构建风电-电网运行历史数据平台，对实测风电数据进行深入分析，揭示了大规模风电场群输出功率的时空分布特性；研究了风电电源与电网运行特性及其相互作用机理，在此基础上提出含大规模高集中度风电场群电网的多场景协调控制方法。研究成果为缓解大规模风电联网需求与电网运行安全之间的矛盾，促进风能的大规模开发利用提供了重要的理论参考。. 主要研究内容及成果如下：. 1. 本项目构建的风电-电网运行历史数据平台涉及吉林省西部、辽宁北部阜新地区等百万千瓦级风电场群，覆盖空间范围达数百平方公里，数据时间跨度达到5年，时间尺度包括秒级、分钟级、小时级、天级等。该数据平台可为调频（秒）、调压（分钟）、预测（分钟）、调峰（小时）、发电计划（数小时）甚至规划（季度）等不同时间尺度电力系统分析提供数据支撑。. 2. 本项目采用数理统计和概率分析的方法对风电机组-风电场-风电场群汇聚过程中的风电波动时空分布特性进行了深入研究，揭示了伴随着风电汇聚尺度增加、最大风力发电功率对总装机容量标幺值递减的“风电场群汇聚效应”，并揭示了风电功率波动变化规律不符合单一概率密度分布函数的规律。通过对不同时间尺度数据对风电预测精度影响的分析，得到15min时间尺度数据最适合用于风电功率超短期预测的结论，进而验证了本项目构建的基于优度指标优选方法的有效性。. 3. 本项目构建了反映风电对电网稳态运行和暂态特性影响的分析计算模型，并开发了用于风电电源与电网运行特性及其相互作用机理分析的风电联网运行稳态、机电暂态及电磁暂态仿真工具。在此基础上，提出实现源网协调的风电有功/无功调度控制策略，以及基于储能技术提高风电联网运行能力的方法。通过精细化挖掘电网调控潜能，减少了运行中弃风的发生，有效缓解源网矛盾。