1、為什么要進行1分鐘級的風電調(diào)度實時控制?
  風資源的強隨機性、預(yù)測困難、反調(diào)峰等特點使得電網(wǎng)有功調(diào)度控制愈加困難。如何在保證電網(wǎng)安全的前提下, 最大程度利用風電資源, 盡可能多地消納風電已經(jīng)成為目前各個風電基地面臨的共同挑戰(zhàn)之一。 目前, 業(yè)界已經(jīng)對風電有功調(diào)度控制進行了大量研究和工程實踐,初步形成了日前、小時前、分鐘前的多時間尺度時序遞進滾動調(diào)度控制模式。但是, 在傳統(tǒng)模式下, 風電出力存在的分鐘級較大幅度快速波動, 只能由AGC機組和網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線來平衡, 給電網(wǎng)安全經(jīng)濟調(diào)度帶來較大壓力。為此, 本文引入更加快速的1分鐘級實時控制環(huán)節(jié), 其主要任務(wù)是根據(jù)當前電網(wǎng)AGC機組的下旋備裕度和聯(lián)絡(luò)線計劃實際值與設(shè)定值的偏差, 在線確定電網(wǎng)當前最大可消納的風力發(fā)電能力, 然后根據(jù)各風電場上送的實際出力和最大可發(fā)電能力預(yù)估值, 進行分鐘級控制決策, 實時修正各風電場的有功出力計劃值, 保障電網(wǎng)安全, 并減少不必要的棄風損失。
  2、風電調(diào)度實時控制的主要挑戰(zhàn)是什么?
  ①如何保電網(wǎng)安全? 調(diào)峰能力和斷面安全是電網(wǎng)制約風電消納的兩大關(guān)鍵因素。保證系統(tǒng)安全性是風電調(diào)度實時控制的主要目標;
  ②如何減少棄風損失? 在保證電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)上, 如何充分利用已有風電資源, 減少棄風損失, 是風電調(diào)度實時控制的次要目標;
  ③如何兼顧風電場間的調(diào)度公平? 系統(tǒng)內(nèi)存在多個風電場參與調(diào)度控制, 存在多種風電場控制策略組合能實現(xiàn)電網(wǎng)安全和最小棄風, 如何選擇一種對于各風電場盡可能公平的控制策略, 是確保風電調(diào)度實時控制公平性的關(guān)系所在。
  3、如何實現(xiàn)1分鐘級的風電調(diào)度分階段決策?
  本文引入了分階段決策模型, 根據(jù)先安全、后經(jīng)濟再公平的原則, 進行分階段求解保證系統(tǒng)總是可以得到合理有效解, 如下圖所示。 

  主要關(guān)鍵技術(shù):
  1、電網(wǎng)可消納風電裕度評估方法:
  若不考慮風電送出斷面約束, 電網(wǎng)可消納風電裕度主要取決于電網(wǎng)調(diào)峰能力, 由當前AGC機組的實時下旋備、聯(lián)絡(luò)線偏差、未來負荷變化趨勢綜合計算得出。
  2、風電打分指標及公平調(diào)節(jié):
  傳統(tǒng)意義上的風電“公平調(diào)度”類似于“平均調(diào)度”, 相當于把風電接納空間結(jié)合各風電場的接納能力平均分配到各風電場, 但是, 各風電場自動化水平各不相同, 對電網(wǎng)接入的友好程度也不一樣, 這種“平均式”公平調(diào)度, 實際上壓制了各風電場提高場內(nèi)自動化水平的積極性。在本文方法應(yīng)用的省級電網(wǎng), 引入了風電場“打分排序”的概念, 打分值越高, 代表該風電場對電網(wǎng)接入越友好。在實際人工控制中, 依打分結(jié)果按輪次進行限電。也就是說, 在限電模式下, 優(yōu)先利用打分值較高的風電場(表示對電網(wǎng)接入更加友好)風電資源, 各風電場的打分值由風電調(diào)度人員結(jié)合各風電場對電網(wǎng)的友好程度人工制定并定期(每個月)更新。
  3、第1階段決策—斷面越限校正控制:
  當電網(wǎng)存在風電送出斷面有功越限時, 啟用斷面越限校正控制, 消除斷面越限。本文建立多目標決策二次規(guī)劃模型: 
 

  其中第1個目標確保斷面運行安全, 第2個目標確保風電場公平調(diào)度; 約束條件主要包括：風電場有功校正量對斷面有功變化的靈敏度約束、避免反調(diào)的風電有功調(diào)節(jié)方向約束、風電場有功出力約束、風電送出斷面可行約束等。
  4、第二階段決策—最小棄風控制:
  基于充分利用電網(wǎng)的風電接納空間, 恢復被限風電: 
 

  約束條件包括風電送出斷面可行約束、風電場調(diào)節(jié)能力約束, 電網(wǎng)可消納風電能力約束等。
  5、第三階段決策—自由發(fā)控制:
  風電場最大發(fā)電能力是預(yù)估值, 可能存在偏差。為此, 本文引入風電場自由發(fā)控制模式, 進一步降低風電預(yù)測解偏差所帶來的棄風損失: 
 

  約束條件包括風電送出斷面可行約束、電網(wǎng)可消納風電能力約束、引入自由發(fā)控制方向約束、風電場容量約束等。
  4、系統(tǒng)研制及實際效果如何?
  基于本文方法研制的實際系統(tǒng)已經(jīng)實際應(yīng)用, 下圖分別為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 
 

  詳細的仿真結(jié)果和實際運行結(jié)果如正文所示。下圖給出了兩個典型風電場的運行曲線:

  可以看出: ①當電網(wǎng)無風電接納空間內(nèi), 限制風電出力, 確保安全; ②反之, 恢復風電, 提高風電利用率; ③并提供自由發(fā)模式, 減少由于風電預(yù)測偏差導致的不必要棄風; ④電網(wǎng)優(yōu)先利用打分值較高對電網(wǎng)更加友好的風電資源。
  5、工作總結(jié)及進一步工作:
  本文提出并實現(xiàn)分階段風電調(diào)度實時控制模型及決策流程。通過第一階段的斷面越限校正控制, 辨識并松弛不可能的風電送出斷面約束, 通過第二階段的最小棄風控制, 最大消納風電并兼顧風場間的公平調(diào)度, 通過第三階段的自由發(fā)決策, 進一步降低棄風可能,進行標準算例仿真, 并結(jié)合現(xiàn)場實際, 研發(fā)1分鐘級的風電調(diào)度實際控制功能。仿真結(jié)果和實際結(jié)果證明了本文方法的有效性和可靠性。
  作為多時間尺度風電消納框架的重要組成部分, 本文重點闡述在1分鐘級時間維度上風電場之間、風電場與常規(guī)AGC機組之間的協(xié)調(diào)控制。至于在更長時間尺度上考慮風電場、AGC機組與常規(guī)較慢速機組之間的協(xié)調(diào), 充分挖掘電網(wǎng)和常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力, 使得電網(wǎng)保留足夠調(diào)節(jié)空間來接納風電是后續(xù)研究重點。