一种基于调频成本的风电功率并网评估方法技术

一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，涉及一种风电功率并网评估方法，为了解决现有的电力系统频率模型未考虑自动增益控制环节以及未考虑风电场参与调频的情况，导致调频的可靠性差问题。本发明专利技术以风电场并网功率作为扰动源建立电力系统频率模型，同时根据电力系统调频成本以及风电场产出电能收益建立目标函数；利用目标函数，确定出使得电力系统调频成本最低以及风电场产出电能收益最高的约束条件；利用约束条件对电力系统频率模型进行优化，并对优化后的电力系统频率模型进行输出量求解，得到风力发电机导致的电力系统频率偏差值。有益效果为解决了电力系统调频成本高、频率偏差大的问题。频率偏差大的问题。频率偏差大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频成本的风电功率并网评估方法


[0001]本专利技术涉及一种风电功率并网评估方法；

技术介绍

[0002]随着多条新能源输电通道的建设投产，将进一步提高风电富集地区的电力外送能力，使风电富集地区成为典型的风电“外送型”区域电网；然而，由于风电具有随机性及间歇性的特点，导致区域电网外送功率的峰谷差较大且波动性强，给受端电网的安全稳定运行的频率稳定带来风险；目前，将风电并网功率作为频率扰动源建立电力系统频率模型研究对频率偏差的影响、建立电力系统调频成本优化模型，确定可直接并网的频率频段，是一种较好的解决办法；然而，现有的电力系统频率模型未考虑自动增益控制环节，且未考虑风电场参与调频的情况，结论的可靠性无法保证。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有的电力系统频率模型未考虑自动增益控制环节以及未考虑风电场参与调频的情况，导致调频的可靠性差问题，提出了一种基于调频成本的风电功率并网评估方法。
[0004]本专利技术所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，该并网评估方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、以风电场并网功率作为扰动源建立电力系统频率模型，该电力系统频率模型的输入量为电力系统频率参考值，扰动量为不同频率段的功率信号，输出量为电力系统的频率偏差；
[0006]步骤二、根据电力系统调频成本以及风电场产出电能收益建立目标函数；
[0007]步骤三、利用步骤二建立的目标函数，确定出使得电力系统调频成本最低以及风电场产出电能收益最高的约束条件；
[0008]步骤四、利用步骤三得出的约束条件对步骤一建立的电力系统频率模型进行优化，并对优化后的电力系统频率模型进行输出量求解，得到风力发电机导致的电力系统频率偏差值。
[0009]进一步的，步骤一中电力系统频率模型的建立方法包括确定原动机及其调速器环节的传递函数、确定发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数以及确定AGC环节的传递函数；
[0010]所述原动机及其调速器环节的传递函数为：
[0011][0012]其中，G1(s)为原动机及其调速器环节的传递函数；s为函数的自变量；η
R
为电力系统中不参与一次调频的机组比例；C
∑
为电力系统等效涡轮机高压缸比例；T
∑R
为再热器的时间常数，R
∑0
为电路系统中所有调速器的等效调差系数；
[0013]所述发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数为：
[0014][0015]其中，G2(s)为发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数，M
∑0
为电力系统中所有具有惯量的现有发电机的等效惯量，η
M
为电力系统中无惯性机组比例，D为负荷的频率系数；
[0016]所述AGC环节的传递函数为：
[0017][0018]其中，K
∑i
为电力系统所有可进行二次调频的机组的等效积分增益；K
∑p
分别电力系统所有可进行二次调频的机组的等效比例系数。
[0019]进一步的，所述原动机及其调速器环节的传递函数中电力系统中不参与一次调频的机组比例η
R
的计算方法为：
[0020][0021]其中，∑S
R＝∞
为电力系统中不参与一次调频的机组容量之和，为电力系统总装机容量，n为电力系统中常规机组的数量，S
i
为第i台机组的额定容量。
[0022]进一步的，所述发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数中电力系统中无惯性机组比例η
M
的计算方法为：
[0023][0024]其中，∑S
M＝0
为电力系统中不具有惯量的机组或电源容量之和。
[0025]进一步的，步骤二中建立的目标函数具体为：
[0026]f
ED
＝
‑
c
×
Z+(1
‑
c)
×
W
[0027]其中，f
ED
为风电并网电力系统后风电场的总收益，结果为正表示此时风电场将会产生净收益，为负表示此时系统还需再投入的调节成本值，c是权重系数，c∈[0,1]，Z为风电并网电力系统总的调频成本，W为风电场产出电能的总收益。
[0028]进一步的，所述目标函数中风电场产出电能的总收益W的计算方法为：
[0029][0030]其中，d
i
为第i台风电机组的出力系数，P
wiav
为第i台风机的实际有功出力；m为电力系统中所装风电机的台数；
[0031]所述为第i台风机的实际有功出力P
wiav
的具体计算方法为：
[0032][0033]其中，v
ci
为风机的切入风速；v
co
为为风机的切出风速；v
r
为风机的额定风速；P
wr
为单台风机的额定功率，v为风速。
[0034]进一步的，所述目标函数中风电并网电力系统总的调频成本Z的计算方法为：
[0035]Z＝Z1+Z2[0036]其中，Z1为风电出力高估导致的调频成本，Z2为风电出力低估导致的调频成本；
[0037]所述风电出力高估导致的调频成本Z1的计算方法为：
[0038][0039]其中，k
rwi
为高估调频成本系数；P
wi
为第i台风电机组的计划出力；为风电场有功出力概率密度函数；P
w
为m台风电机组的总有功出力；
[0040]所述风电出力低估导致的调频成本Z2的计算方法为：
[0041][0042]其中，k
pwi
为低估调频成本系数。
[0043]进一步的，所述风电场有功出力的概率密度函数的具体计算方法为：
[0044][0045]其中，P
wf
为风电场有功出力；P
wfr
为风电场额定有功出力；为风电场有功出力为P
wf
时的概率密度值，为的一阶导数；δ[P
wf
(t)]表示自变量为P
wf
(t)的单位脉冲函数，在P
wf
(t)＝0处其值为一个无穷大的数，单位脉冲函数的积分值为1，单位阶跃函数的导函数为单位脉冲函数；Φ
P
(0)表示风电场有功出力概率函数在P
wf
＝0的取值；Φ
P
(P
wfr
)表示风电场有功出力概率函数在P
wf
＝P
wfr
时的取值；
[0046]所述的具体计算方法为：
[0047][0048]其中，ξ
w
为风电场尾流效应系数；k为威布尔分布的形状系数，决定分布曲线的形状，λ为尺度系数，反应平均风速的大小；为风速v的概率密度值；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，该并网评估方法包括以下步骤：步骤一、以风电场并网功率作为扰动源建立电力系统频率模型，该电力系统频率模型的输入量为电力系统频率参考值，扰动量为不同频率段的功率信号，输出量为电力系统的频率偏差；步骤二、根据电力系统调频成本以及风电场产出电能收益建立目标函数；步骤三、利用步骤二建立的目标函数，确定出使得电力系统调频成本最低以及风电场产出电能收益最高的约束条件；步骤四、利用步骤三得出的约束条件对步骤一建立的电力系统频率模型进行优化，并对优化后的电力系统频率模型进行输出量求解，得到风力发电机导致的电力系统频率偏差值。2.根据权利要求1所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，步骤一中电力系统频率模型的建立方法包括确定原动机及其调速器环节的传递函数、确定发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数以及确定AGC环节的传递函数；所述原动机及其调速器环节的传递函数为：其中，G1(s)为原动机及其调速器环节的传递函数；s为函数的自变量；η
R
为电力系统中不参与一次调频的机组比例；C
∑
为电力系统等效涡轮机高压缸比例；T
∑R
为再热器的时间常数，R
∑0
为电路系统中所有调速器的等效调差系数；所述发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数为：其中，G2(s)为发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数，M
∑0
为电力系统中所有具有惯量的现有发电机的等效惯量，η
M
为电力系统中无惯性机组比例，D为负荷的频率系数；所述AGC环节的传递函数为：其中，K
∑i
为电力系统所有可进行二次调频的机组的等效积分增益；K
∑p
分别电力系统所有可进行二次调频的机组的等效比例系数。3.根据权利要求2所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，所述原动机及其调速器环节的传递函数中电力系统中不参与一次调频的机组比例η
R
的计算方法为：其中，∑S
R＝∞
为电力系统中不参与一次调频的机组容量之和，为电力系统总装机
容量，n为电力系统中常规机组的数量，S
i
为第i台机组的额定容量。4.根据权利要求3所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，所述发电机惯性及恒功率负荷环节的传递函数中电力系统中无惯性机组比例η
M
的计算方法为：其中，∑S
M＝0
为电力系统中不具有惯量的机组或电源容量之和。5.根据权利要求1所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，步骤二中建立的目标函数具体为：f
ED
＝
‑
c
×
Z+(1
‑
c)
×
W其中，f
ED
为风电并网电力系统后风电场的总收益，结果为正表示此时风电场将会产生净收益，为负表示此时系统还需再投入的调节成本值，c是权重系数，c∈[0,1]，Z为风电并网电力系统总的调频成本，W为风电场产出电能的总收益。6.根据权利要求5所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，所述目标函数中风电场产出电能的总收益W的计算方法为：其中，d
i
为第i台风电机组的出力系数，P
wiav
为第i台风机的实际有功出力；m为电力系统中所装风电机的台数；所述为第i台风机的实际有功出力P
wiav
的具体计算方法为：其中，v
ci
为风机的切入风速；v
co
为为风机的切出风速；v
r
为风机的额定风速；P
wr
为单台风机的额定功率，v为风速。7.根据权利要求5所述的一种基于调频成本的风电功率并网评估方法，其特征在于，所述目标函数中风电并网电力系统总的调频成本Z的计算方法为：Z＝Z1+Z2其中，Z1为风电出力高估导致的调频成本，Z2为风电出力低估导致的调频成本；所述风电出力高估导致的调频成本Z1的计算方法为：其中，k
rwi
为高估调频成本系数；P
wi
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文波，张乃心，徐明宇，颜庆宇，胡本然，华科，李盼，王珺，贾清泉，孙玲玲，陈晓光，景菲，关万林，王磊，荣爽，张美伦，胡远婷，刘延龙，
申请(专利权)人：燕山大学国网黑龙江省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：