考虑高密度风电主动控制的电力系统分层协调控制和优化调度问题研究

In recent years, high-density wind power integration and the extra reserve needed for frequency regulation and peak-load regulation caused has activated the imperative study on the coordinated control and optimal dispatch strategy in a hierarchy framework including wind turbine generator (WTG), wind farm and power system, considering high-density wind power’s consciously active power control (CAPC). The project devotes to the coordinated optimization of multiple time-scale frequency regulation measures for power system dispatch purpose and construction of coordinated control mechanism and optimal dispatch with wind farm’s CAPC performance taken into account..The project will cover the following aspects: 1) An effective wind farm capacity and enable condition evaluation method for wind farm’s CAPC considering multiple time-scale individual WTG controller combination is developed and a nearest power level fitting algorithm for wind farm considering mulitiple WTGs’ power output leveling effect is proposed to realize the dispatch- response power output; 2) An equivalent frequency-regulation model is developed to analysis the long-term frequency dynamics, and the wind farm’s CAPC effect on power systems based on power output trajectory is investigated; 3) A risk-share coordinated multi-stage reserve scheduling optimization of wind farms and conventional generators is studied and a hierarchical decomposition algorithms is developed to solve the problem. A coordinated control approach between wind farms and conventional generators based on model predictive control is developed and a power system emergency management scheme based on the coordination of wind farm’s EAPC and some power system corrective control measure (e.g, under frequency load shedding) is formulated..The project implementation is expected to improve the network-friendly performance of modern wind farms, enhance the wind power accommodation level and thus the clean energy development and utilization is promoted.

近年来，高密度风电接入带来的调频/调峰问题使考虑风电场主动控制的电力系统分层协调控制问题研究变得非常紧迫。本项目致力于从电力系统调度的角度实现多种时间尺度调频控制手段的协调优化，力求建立起借助风电场主动控制的电力系统分层协调控制机制和优化调度框架。主要研究内容为：提出一种考虑多时间尺度组合式主动控制的风电场有效容量和使能条件评估方法，综合多个风机状态差异条件，研究风机输出功率互补的风电场能量逼近算法以实现风场调度响应输出；建立电网调频长时间尺度等效外特性模型，研究基于输出轨迹驱动的风电场主动控制效果评估方法；研究考虑风机降载和风险共享的多阶段备用计划优化方法及其分层解耦算法，研究基于模型预测控制的风电-传统电源协调控制策略，设计考虑风场主动控制和电网紧急控制协同的电网应急方案。此项目的研究成果有助于增强风电场的电网友好特性，提高电力系统风电消纳管理水平，促进清洁能源开发和利用。

近年来，高密度风电接入带来的调频/调峰问题使考虑风电场主动控制的电力系统分层协调控制问题研究变得非常紧迫。本项目致力于从多时间尺度协调控制的角度研究高密度风电并网条件下系统调控的基本问题及制定相应的控制策略，力求建立起基于风电场主动控制的电力系统分层协调控制机制。主要研究内容包括：1）综合考虑多时间尺度互补组合的调频控制建模，研究风电场主动控制效果评估方法；2）研究考虑风电不确定性和风机降载控制的备用计划优化方法及算法；3）研究基于模型预测控制的风电-传统电源的协调控制策略，研究考虑风场主动控制和电网紧急控制协同的电网应急方案设计方法。. 本项目的重要研究成果包括：1）建立全风速段多时间尺度互补组合的风机调频控制模型，提出了一种计及多种风机控制策略的风电场调频容量评估方法；2）提出了一种基于风机降载的电力系统鲁棒备用调度模型，考虑风场和负荷预测误差的不确定性，以风机降载比定量描述风电备用水平，提出基于线性松弛和空间分支定界的全局优化求解方法；3）针对海上风电并网消纳问题，提出一种基于多端柔直联网的分层改进下垂控制方案，实现了风电波动导致的不平衡功率的优化分配；4）针对风电场暂态过电压脱网问题，提出了一种基于模型预测控制的风电紧急控制策略，设计了一种有功-无功协调的风场高压穿越应急方案；5）基于模态分析法系统研究了风机虚拟惯量控制对风电并网系统动态稳定性的影响，揭示了下垂系数、滤波时间常数、锁相环带宽和功率外环带宽等关键参数选取不当将减弱虚拟惯量控制抑制电力系统机电振荡的效果。. 通过项目研究，高密度风电接入下的电力系统协调控制和调度问题得到深入探索，风电的主动控制方案有助于增强风电场的电网友好特性，提高电力系统风电消纳管理水平，促进清洁能源开发和利用。