一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统及其优化调度方法技术方案

一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统及其优化调度方法，在风电场输出功率预测值及预测精度的基础上，将未超过风电功率预测值的下限部分直接接入区域电网，并承担区域电网的基荷部分。然后绘制除去直接并网的风电功率的净负荷曲线。在负荷低谷时段，将超过预测值下限值的不稳定的风电功率用来抽水蓄能，安排在净负荷高峰时段发电，精确计算抽蓄电站每个时段启停状况及输出功率值。此方案大大减少了风电并网对电网稳定性造成的威胁，充分发挥了抽水蓄能电站的调峰填谷功能，减少了弃风。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统优化运行领域，具体为一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统及电力调度方法。
技术介绍
随着风电的大规模并网，风电输出功率的不确定性及反调峰特性对电力系统的负面影响也日益凸显，并已成为制约风电发展的瓶颈。抽水蓄能电站具有启动迅速、爬坡速度快、运行可靠灵活的优点。其快速转换的灵活性能有效弥补风电输出功率的随机性；利用抽水蓄能电站的“低储高发”特性来解决风电输出功率的反调峰性，达到调峰填谷的目的；进而降低了风电并网对电网造成的影响，提高电网运行的稳定性、经济性。针对风电的反调峰性，本专利技术充分发挥抽水蓄能电站的运行特点，并结合实际经验，将约束条件应用到制定抽蓄机组的运行规则中来，运用启发式专家规则制定抽蓄机组的最优启停、出力计划，以发挥抽蓄机组的最佳调峰、经济效益。目前关于风电场与抽水蓄能电站联合系统优化运行的方法大多是从平滑功率输出和经济效益两个方面进行研究，很少对风蓄联合运行的环境效益进行研究，本专利技术将联合系统的经济效益、风电利用率、风电输出平滑度都考虑到优化运行当中。将风电场输出功率利用率作为目标函数之一，即以增加电网绿色能源渗透率为目标函数，达到减少常规机组的输出功率，节约煤炭资源、减少有害气体的排放这一目的。在风电与抽水蓄能电站联合运行中，将一部分风电并网，另一部分抽水蓄能，如何分配风电功率，目前研究主要以风电场装机容量的特定比例为上限，以限制风电场直接并网的功率，未超出上限的部分直接接入电网，将超出上限部分或用于抽水蓄能或弃风。这样在风电输出功率较高的时段易造成弃风浪费，在风电输出功率较低的时段，风电直接并网，对电网稳定性造成威胁。本专利技术根据风电预测值及预测精度(20％)绘制风电预测值的上限曲线(预测值的1.2倍)和下限曲线(预测值的0.8倍)，风电实际输出功率在此区间内的置信水平极高。将未超过风电输出功率下限的稳定的部分直接并入电网供应区域电网内的基荷部分。超过风电输出功率下限的不稳定的风电功率用于抽水蓄能。既减少了弃风，也降低了风电并网对电网稳定性造成的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统及对电力进行调度的方法，它能解决风电并网对区域电网内其他常规机组的旋转备用容量及爬坡能力造成限制的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，它包风力发电机组、水力发电系统、抽水泵、控制系统，水力发电系统包括上游水库、下游水库、水轮机组和发电机组；风力发电机组通过输电线A经可控开关接入控制系统，再经输电线C和输电线B分别接入主电网和抽水泵；水力发电系统经输电线D接入控制系统再经输电线C接入主电网；抽水泵通过输电线E接入主电网。一种用上述抽水蓄能电站与风电联合系统进行电力调度的方法，它包括以下步骤：1)根据每个时段风电输出功率预测值的下限值，确定风电场直接并网的风电功率以及越限功率；2)根据步骤1求出的各个时段的越限风电以及除去直接并网的风电功率后的净负荷，安排抽蓄机组在净负荷低谷时段利用越限风电抽水；3)安排抽水蓄能电站在净负荷高峰时段发电；4)判断是否存在合适的时段供抽水泵抽水蓄能；5)安排抽水蓄能电站在除净负荷高峰时段之外的净负荷最高的时段继续满载发电，并继续计算发电量Eg，直至Eg＝ηEp；6)判断净负荷最低的时段，抽水蓄能电站的库存能量是否够抽蓄机组以最小功率发电；7)得到每个时段抽水蓄能机组的启停出力状况。在步骤1)中，将各个时段未超过风电输出功率下限的稳定的部分直接并入电网供应区域电网内的基荷部分。在步骤1)中，目前大部分风电功率预测方法的精度在15％至25％之间，本专利技术预测精度取δ＝20％。在步骤1)中，将各个时段未超过风电输出功率下限的稳定的部分βPwtotali直接并入电网供应区域电网内的基荷部分，风力发电机组通过输电线A经可控开关接入控制系统，风电功率在预测值下限以内的部分βPwtotali经输电线C接入主电网，并承担电网的基荷的运行。在步骤2)中，各个时段的越限风电为(1-β)Pwtotali，Pli表示第i时段的电网负荷，除去直接并网的风电功率后的净负荷为Pli-βPwtotali。安排抽水蓄能机组在负荷低谷时段抽水，控制系统将超出并网上限的风电功率部分(1-β)Pwtotali经输电线B连接抽水泵用电系统，电网经输电线E及可控开关连接抽水泵用电系统，用来抽水蓄能，其中，控制系统计算抽水消耗的电能Ep，上水库所储存的机械能为ηpEp。在步骤3)中，依次从净负荷最高时段开始安排抽水蓄能电站满载发电，抽水蓄能发电机经输电线D接入控制系统，计算发电量Eg，再经输电线C接入主电网，判断Eg是否小于ηpEp。若小于，则进行步骤5)，否则进行步骤4)。在步骤4)中，控制系统要控制抽水泵抽水，保证抽水蓄能电站的库存能量不超过其最大值，并计算此时间段抽水泵抽水所消耗的电能Ep1，直至η(Ep+Ep1)＝Eg，，然后执行步骤5)如果此时间段没有足够多的越限风电，则从净负荷高峰期中的负荷最低时段开始减少抽水蓄能电站的发电功率，直至Eg＝ηEp，转至步骤6)。在步骤6)中，若库存能量足够，则抽水蓄能电站以Ei/Δt发电；若库存能量不足，则改变在净负荷仅高于i的时段j的抽蓄电站的发电功率，重新分配两个时段的发电功率，第i时段以最小功率Pming发电，第j时段以(Ej-PmingΔt)/Δt发电。本专利技术的有益效果是：本专利技术在使用时，除了能够根据不同时段负荷的高低和抽水蓄能电站的库存能量和库容能量，灵活地控制发电机、抽水泵的启停状况和输出功率，减少风电对主电网稳定性的影响，减少弃风，增加电网绿色能源渗透率，增加风蓄联合系统的经济收益之外。抽水蓄能机组还能发挥最大的调峰填谷功能，使风蓄联合系统出力更趋于平缓，使负荷与风蓄联合系统出力之差更趋于平稳，大大减少了风电并网对火电机组的旋转备用容量及爬坡能力的约束的限制。附图说明图1本专利技术中面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统的结构示意图；图2为实施例中电网内风电场典型日的各个时段的输出功率预测值；图3为实施例中电网的负荷预测值以及净负荷预测值。具体实施方式如附图1所示，一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，它包风力发电机组1、水力发电系统、抽水泵3、控制系统4，水力发电系统包括上游水库2、下游水库6、水轮机组和发电机组7；风力发电机组7通过输电线A经可控开关接入控制系统4，再经输电线C和输电线B分别接入主电网5和抽水泵3；水力发电系统经输电线D接入控制系统4再经输电线C接入主电网；抽水泵3通过输电线E接入主电网5，以防风电场用于抽水的功率不足时，利用电网电能抽水。本专利技术的具体操作步骤如下：1)从电网调度中心获得次日区域电网负荷预测值，从各个电站获得以下计算参数：区域电网在次日24个时段的负荷预测值，风电场24个时段输出功率预测值Pwtotali，抽水蓄能机组最大发电功率最小发电功率额定抽水功率水库1天的初始蓄能E0，最大蓄能Emax。水轮机发电效率ηh，水泵抽水效率ηp。第i个时段风电上网电价第i个时段电价Si，抽水蓄能机组的启停成本分别为Sq、St；2)设定优化变量为：风电场的弃风电能Ew，q，抽蓄机组的发电功率3)确定优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，其特征在于：它包风力发电机组(1)、水力发电系统、抽水泵(3)、控制系统(4)，水力发电系统包括上游水库(2)、下游水库(6)、水轮机组和发电机组(7)；风力发电机组(7)通过输电线A经可控开关接入控制系统(4)，再经输电线C和输电线B分别接入主电网(5)和抽水泵(3)；水力发电系统经输电线D接入控制系统(4)再经输电线C接入主电网；抽水泵(3)通过输电线E接入主电网(5)。

【技术特征摘要】
1.一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，其特征在于：它包风力发电机组(1)、水力发电系统、抽水泵(3)、控制系统(4)，水力发电系统包括上游水库(2)、下游水库(6)、水轮机组和发电机组(7)；风力发电机组(7)通过输电线A经可控开关接入控制系统(4)，再经输电线C和输电线B分别接入主电网(5)和抽水泵(3)；水力发电系统经输电线D接入控制系统(4)再经输电线C接入主电网；抽水泵(3)通过输电线E接入主电网(5)。2.一种用权利要求1中所述抽水蓄能电站与风电联合系统进行电力调度的方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据每个时段风电输出功率预测值的下限值，确定风电场直接并网的风电功率以及越限功率；2)根据步骤1求出的各个时段的越限风电以及除去直接并网的风电功率后的净负荷，安排抽蓄机组在净负荷低谷时段利用越限风电抽水；3)安排抽水蓄能电站在净负荷高峰时段发电；4)判断是否存在合适的时段供抽水泵抽水蓄能；5)安排抽水蓄能电站在除净负荷高峰时段之外的净负荷最高的时段继续满载发电，并继续计算发电量Eg，直至Eg＝ηEp；6)判断净负荷最低的时段，抽水蓄能电站的库存能量是否够抽蓄机组以最小功率发电；7)得到每个时段抽水蓄能机组的启停出力状况。3.根据权利要求2所述的一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，其特征在于：在步骤1)中，将各个时段未超过风电输出功率下限的稳定的部分直接并入电网供应区域电网内的基荷部分。4.根据权利要求2或3所述的一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，其特征在于：在步骤1)中，预测精度取δ＝20％。5.根据权利要求4所述的一种面向电网调峰的抽水蓄能电站与风电联合系统，其特征在于：在步骤1)中，将各个时段未超过风电输出功率下限的稳定的部分βPwtotali直接并入电网供应区域电网内的基荷部分，风力发电机组通过输电线A经可控开关接入控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凌云，王凌峰，吕文静，季超超，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42