基于风险消弭的广域风电集群控制策略研究

Wind power is an important part of the renewable energy applications, while wind power output inherent randomness, intermittent and fluctuation is affecting integration of large-scale wind power and consumption as an important factor. In view of wide-area distribution feature presented by wind farm distribution，this thesis creatively puts forward wind cluster control of the effect elimination of grid safety and stability by wide area wind power distribution characteristics，on basis of risk eliminate constraints. The risk characteristics multi-scale dynamic mathematical models of wide-area distribution wind farm and wind farm group are established to research application mechanism of wind farm group active, reactive, safety and stability control. This thesis researches on wind power grid optimization principle in condition of cluster constraints，pattern and overall control strategy. Complementary mechanism between wind cluster and conventional water and fire supply is put forward to realize multi-constraints and multi-target form active power control strategy. Wind cluster control system reactive voltage coordinated control strategy for variety of control object coordination is established. This thesis uses research method of combination of mechanism analysis, numerical and physical simulation and experiment, and forms system theory. Research is helpful to enrich and improve theoretical system of national wind power generation and smart grid.

风力发电是我国可再生能源应用的重要组成部分，而风电出力固有的随机性、间歇性、波动性是影响大规模风电并网及消纳的重要因素。鉴于风电场/群分布及出力呈现的广域分布特征，本项目提出基于风险消弭约束，利用广域风电出力时空分布特性消除风电并网对电网安全稳定影响的风电集群控制策略。通过建立广域风电场/群风险特性的多尺度动态数学模型，探索风电场集群有功、无功和安全稳定控制中的应用机制；研究集群约束条件下的风电并网优化原则、模式及总体控制策略，提出风电集群与常规水火电源的互补机理，实现多约束多目标模式的主动式有功功率控制策略；建立多种控制对象协调配合的风电集群控制系统的无功电压协调控制策略。采用机理分析、数值和物理混合仿真和实验相结合的研究方法，形成系统理论，研究成果有利于丰富和完善国家风力发电和智能电网的理论体系。

随着风力发电技术和产业的规模迅速增大，风电出力固有的随机性、间歇性、波动性对风电并网的影响显著增加，风电大规模并网过程中产生的消纳问题越来越复杂。.项目基于对风电场运行过程中风电出力及其特性的研究分析，为实现风电多时空尺度风险消弭，从机组、场、群三个不同尺度研究了风电有功、无功功率控制策略和优化方法，并结合储能系统来协调缓解了风电功率波动，稳定了电网频率和电压。.为了降低风电并网时电网运行风险，在机组层，采用多分解和误差校正的混合方法提高机组功率预测精度。为提高机组对电网频率的支撑能力，研究了基于虚拟同步发电的风电机组功率控制策略，在电网受到扰动时频率波动更小。在风电场层，把整个风电场作为控制对象，优化风电场有功功率分配的同时降低了机组疲劳载荷。为了提高风电场无功控制指令的时效性和风电机组出口电压的稳定性，研究了无功裕度预测的风电场无功分层控制策略。考虑场内尾流效应，设计了有功功率控制系统，使风电场的总有功功率得到提升。在集群层，把集群内的风电场进行划分、聚类、等值建模，基于分级控制理念设计了风电集群有功功率和无功功率的控制系统结构，调节了风电场集群接入电网的有功和无功功率。同时引入储能系统，研究了风储联合控制策略，实现了风储系统的调峰调频控制。为了抑制风储系统有功波动，研究了基于相空间重构–随机森林风功率预测模型和储能荷电能量反馈的模糊控制策略。.在理论研究的基础上，搭建了风电集群仿真系统，通过模拟广域风电集群典型运行工况对风电集群控制策略进行了试验研究。进一步验证了项目所提出的基于风险消弭的控制策略是可行且有效的。.结合该项目的研究，培养硕士6名，发表学术研究论文24篇，其中SCI检索论文4篇，EI检索论文11篇，申请国家发明专利5项。.本项目研究不仅对推动风电大规模并网的实际应用具有重要工程应用价值，而且所解决的学术问题亦具有重要的科学意义。