风电预测风险的量化转移及保险机制研究

Wind energy is one of the mature renewable energy sources for power generation. Because wind resource cannot be predicted accurately, sufficient operating reserve should be allocated. However, some small-possibility high-loss risks cannot be mitigated with this technical solution. From the perspective of power system stability and economy, this project focuses on quantifying and mitigating wind forecast risk. Firstly, based on the investigation of wind forecast risk source, the probability distribution function of forecast error will be determined with incomplete information. Secondly, taking into account power system inherent constraints, the unpredictable blackout loss will be replaced by predictable security control cost. And the dynamic security region theory will be introduced to develop a reliability evaluation framework, which can represent the effects of flexible system dispatch and wind power forecast error. Finally, a mixed technical and market-based solution for wind forecast risk management will be proposed. The capability of transferring wind forecast risk with insurance will be evaluated as well. To fully utilize the complementary nature of entropy and variance, entropy will be added to premium pricing principle to form a new variance-entropy premium pricing method. This project aims to provide a reliable solution for large-scale integration of wind power to ensure development of wind industry in an economically-socially-environmentally friendly manner.

风力发电是目前技术成熟的可再生能源发电方式之一。由于风力资源具有一定的不可预测性，电网运行时必须留有足够的备用容量，但是这种技术性手段无法解决风电预测的极端小概率大损失风险。本项目从电力系统可靠性和经济性角度出发，系统研究风电功率预测风险的量化方法及转移机制。在梳理风电系统风险来源的基础上，着重解决在不完全信息下对风电功率预测误差的概率分布建模。考虑电力系统固有复杂安全约束，通过可预测的安全控制成本替换难以预估的停电损失成本，并借助动态安全域理论量化安全控制成本，构建可以表征灵活调度作用和风电预测误差影响的可靠性评估体系，准确量化风电功率预测风险。从电网运营管理角度提出解决预测风险的技术性和市场化手段，评估保险手段转移潜在风险的能力，建立体现熵值和方差互补性的修正保险费率厘定方法。研究成果有望促进风力发电与社会-经济-环境协调发展的良性开发模式，为大规模风电并网提供一套切实可行的解决方案。

风电预测风险评估是一个全新的研究课题，本项目之前没有任何研究工作或相关报导，更没有可靠的量化方法。本项目从电网运营管理角度提出了量化风电预测误差风险的方法和相应的市场化风险规避手段，评估了保险手段转移潜在风险的能力，建立了体现熵值和方差互补性的修正保险费率厘定方法。具体开展的创新研究成果包括：【创新点1】完成了基于联合概率密度函数的多风电场出力联合概率分布构造，提出了基于概率论的风电场功率输出区间预测方法。针对数学模型及仿真场景，基于动态安全域技术，提出了针对风电功率预测误差风险的度量方法，该方法可将安全性、充裕性、经济性等多目标统一量化的风险指标，有效地解决了小概率高风险的预测误差对系统造成的影响。提出了考虑风功率预测误差的多风电场柔性调度方法，克服了现有风功率预测手段不足、预测精度相对较差等问题，提高了电网的调度和运行质量，很大限度地改善了含高风电渗透率的绿色电力系统运行的经济性和可靠性。【创新点2】提出了多种分布式储能系统选址和定容的方法，建立了用于衡量兼容储能系统和分布式发电系统的配电网安全裕度，同时将放电深度及过放现象等造成的寿命损伤折合为运行成本，将未满足期望输出部分的能量折合为惩罚成本，最终实现了分布式储能的优化配置。分析了储能设备在细分电力市场上的盈利模式的基础上，量化了风电高渗透、风电调频和风储联合调频等不同工况下对电力系统频率特性的影响，完成了对储能参与实时市场和辅助服务市场的经济性分析以及具体控制策略。截至2017年12月，本项目共发表SCI论文11篇。课题组成员入选湖南省“青年百人计划”、申报并获批湖南省教育厅科学研究项目1项、湖南省科技创新创业环境建设专题1项。本项目的研究成果已成功应用于新疆金风科技股份有限公司在风电预测及风场储能规划等领域。