风电并网条件下电力系统调峰能力的研究毕业论文.doc

毕 业 设 计 （ 2013届本科）题 目：风电并网条件下电力系统调峰能力的研究 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2013年 06月 15 日目录关键词31.绪论51.1选题背景及意义51.2大规模风电并网面临的问题51.3风电出力特性分析61.3.1出力波动性和随机性61.3.2间歇性71.3.3反调峰特性81.3.4季节性101.4约束风电消纳的主要因素111.4.1调峰能力不足111.4.2输送能力不足111.4.3调度模式不合理121.5提高电网调峰能力的手段122.水风电绑定调峰运行策略分析132.1传统水电调峰运行原理132.2水电一风电绑定运行策略152.3水电一风电绑定调峰运行策略172.3.1水电一风电绑定调峰运行原理172.3.2实际运行分析192.3.3影响系统有效调峰容量的因素分析202.3.4有效调峰容量的优化确定212.4算例分析222.5本章小结233超额风电自行消纳模式研究243.1当前风电消纳模式的局限性分析243.1.1价值信号缺失,造成电网不经济运行243.1.2激励机制缺失,无法充分发挥电网接纳风电潜力253.2超额风电自行消纳模式253.2.1基本原理253.2.2风电场超额风电自行消纳的方式263.2.3与实时调度的衔接273.3优越性分析283.3.1引入激励机制,充分发挥电网调峰潜力283.3.2避免了电网不经济运行283.3.3可扩大风电消纳范围283.4本章小结294.结语29参考文献30摘要近年来,我国风电得到了快速发展。然而，随着风电并网容量的增加，越来越多的风电在低谷期间因系统调峰能力不足而被限制出力。提高电网的调峰能力，即可提高电网接纳风电的水平，减少风电浪费,具有巨大的经济效益。为此，本文从技术和机制两方面研究了大规模风电并网条件下提高系统调峰能力的措施。论文主要工作及研究成果如下：1.基于水电调峰运行方式，提出了枯水期水电一风电绑定调峰的运行策略。该策略通过水电对风电进行实时补偿调节来保证计划出力的可靠性，从而充分利用了高峰时段的风电电量和闲置的水电容量进行调峰，提高了系统的调峰能力，降低了火电机组开机容量，有助于系统在低谷时期接纳更多的风电。分析表明，水电一风电绑定运行的调峰效果与把高峰时段风电电量视作对水电的补充电量进而利用单一水电模型进行调度的调峰效果完全相同，因而比水电单独调峰具有更大的调峰能力。2.针对当前“电网企业无条件全额收购风电”的风电消纳模式即无法合理引导调峰电源与风电场的协调建设，也无法激励系统内电源积极主动地为接纳风电提供调峰服务的问题，在兼顾政策延续性的基础上，立足我国电力市场尚不成熟的现状，提出了计划为主、市场为辅的超额风电自行消纳的新消纳模式，并讨论分析了其中的各个核心问题及解决方案。论文分析表明，较之现有消纳模式，新消纳模式可引导系统内电源协调发展、可激励电源积极主动地接纳风电、可避免电网不经济运行、可扩大风电消纳范围，并且可以很好地与当前电力系统运营环境兼容。关键词：风电并网；风电消纳；调峰服务；绑定运行；市场交易。AbstractIn recent years ,the wind power in China is developing quickly .However ,with the increasing of capacity of integrated wind Power , more and more wind farms outputs will be limited in a valley period of load due to absence of peak regulation capacity .To improve the capacity can improve the level of accepting wind power by system ,and so can reduce the waste of wind power ,which means great economic benefit.Therefore ,how to improve the capacity of peak regulation is be researched from operation technique and management mechanism aspects in this paper .The main of work and results of research is showed as follows.1.Based on Peak-Shaving operation of hydropower ,a new operation strategy which binding the hydro with wind power to regulate the peak is advised .Under the strategy ,the reliability of generation can be ensured by real-time compensation adjustment to wind power by hydropower .Thus ,the ability of regulation the peak load can be improved by utilizing theelectric quantity of wind power in peak hours and the unused capacity of hydropower adequately ,which will make more wind power be accepted by system in valley period of load .The analysis shows that the effect of regulating the peak of load by binding system is identical with the effect by single hydropower when the electric quantity of wind power in peak hours is treated as the complement to hydropower .At last ,a simple example is used to validate the advised strategy.2.Focus on the question that now utilization scheme of wind power neither guides the peak-load regulation power source develop coordinately with wind farms nor incents the thermal power to provide the services needed when wind power iniegrated to grid ,and based on the consideration to both current policy and present situation of electricity market ,a new utilization scheme of wind power in which wind power is utilized mainly by plan and aceessorily by market is presented ,and then the core issues and their solutions are discussed and analyzed . The analyses show that ,compared with current utilization scheme of wind power ,the new scheme can guide the peak-load regulation power source develop coordinately with wind farms ,incent the thermal power to provide the peak-regulation services needed when wind power integrated to grid ,avoid the power grid uneconomical operation ,enlarge the receiving range of wind power ,and is compatible with current power system operation environment.Key Words: Integration of Wind Power ;Peak Regulation ;Hydropower ;Utilization Scheme of Wind Power1.绪论1.1选题背景及意义社会发展和能源供应息息相关，世界范围内使用的能源中化石燃料(煤炭、石油、天然气)占到所有能源的百分之九十。随着人口的日益增长和社会的不断进步，导致人类对能源过度需求，全球面临着化石能源的日益枯竭和环境污染不断加剧，为了解决未来所带来的能源问题与地球环境灾难，世界各国都在积极发展和寻找可再生能源，减少对化石等常规燃料的依赖。22006 年 1 月 1 日，中国将正式实施可再生能源法，把可再生能源开发利用作为推动环境保护、改善能源结构和保持社会经济可持续发展重大举措。风能资源作为一种可再生无排放的绿色能源，大力发展风力发电是全球能源发展战略需要。风能的重要优势在于它本身是一种清洁原料而且其不含任何污染物1。因此，在风电生产过程中既不会产生任何污染物，也不会造成太多的内部能量损耗，同时风能属于天然资源和节能、廉价型的优质能源。风是一种应用潜力很大的新能源，据估计地球上可用来发电的风力资源大约为 200 亿千瓦，几乎是目前全世界水力发电装机容量的 10 倍，因此国内外都非常重视利用风力来发电。我国幅员辽阔，风能资源丰富。陆上离地面 10 米的高度风资源总储能为43.5 亿千瓦，其中技术可开发量近 3 亿千瓦，可利用的海洋风能资源大约为750GW。由此可见，至今我国风能利用开发的程度还很低，未来开发潜力十分巨大。我国风能资源丰富地区主要分布在华北、东北、西北级东部沿海地区，其中“三北”地区地区是我国最大的成片风能资源丰富带，包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏、新疆等省区近 200 公里宽的区域。我国风能资源丰富及分布集中的特点，决定了我国风电具备大规模、基地式集中开发条件。随着大规模风电集中开发利用，由于风电的随机性和间歇性，造成风电场群输出功率的大幅度波动，其大规模并网将会对电网产生冲击和影响。由于影响风电接纳的因素很多，其中包括调峰能力、无功补偿、暂态稳定和电能质量等诸多因素。如暂态稳定能够通过加强电网网架解决，需要在输电规划和系统设计等阶段进行具体论证来进一步解决；而无功补偿方面可以通过增加无功配置方法来加以解决；电能质量则需要确定机组选型及接入系统电压等级的方法。而影响风电接纳最主要因素是电网调峰能力，而其无法通过区域电网建设来解决，因此，本文研究的重点是从电网调峰能力的角度来进行求取消纳风电能力，为风电接纳问题和输电规划奠定基础，为客观制定风电规划做好服务。1.2大规模风电并网面临的问题大规模风电接入对电力系统调度运行的影响是多方面的，其中，系统调峰问题就是需要考虑的一个重要方面。由于风电有功出力的随机性、间歇性和不可控性，风电对系统调峰能力的影响主要体现在风电作为“负”的负荷对于实际系统负荷峰谷差的影响，而且由于风电机组不具备常规发电机组所拥有的快速调峰调频能力，所以，风电大规模并网后的电力系统调峰能力将会被严重削弱。一般来说，系统峰谷差越大，调峰的难度也越大；风电占系统比重越大，系统调峰越困难。3-4近年来，很多学者从风电对电网调峰能力的影响、计及风电的电网调峰容量计算方法，以调峰为约束的电网风电接纳能力、以及含风电场的调峰对策等方面对该问题进行了探讨5-9。但是为接纳风电而采用调峰措施的经济性这个比较复杂的问题，却较少被探讨及研究。但在电网实际运行中，面对负荷峰谷差越来越大，风电并网加剧了调峰压力，如何在保证安全稳定的前提下降低电网接纳风电 的成本和电力系统的整体能耗是一个不容忽视的问题。因此，有必要研究电力系统为接纳风电采取的调峰措施，并评价这些调峰措施的经济性。本文在我国风电大规模并网的背景下，提出了接纳风电所采取的调峰措施，提出了基于多种约束条件的调峰措施经济性的评价方法，并以某一区域电网为研究对象，根据系统实际运行状况确定了该电网的调峰能力和接纳风电所采取的调峰措施，制定了具体的调峰手段的顺序，为电网的节能经济调度提供指导。1.3风电出力特性分析与水电站可以蓄水不同,风电场在当前尚无法存储风能,因此,风电场的输出受自然风的变化而变化,无法像传统电源那样进行实时功率调整,具有不可控性。由于自然风具有随机性、波动性、间歇性以及季节性等特征,风电场输出以及系统内风电总输出也表现出相应的特征。1.3.1出力波动性和随机性图1.1给出了辽宁省网内某风电场在2009年5月20日的风电出力曲线,每5分钟一个点。可以看出风电出力具有明显的波动性。图1.2给出了该风电场2009年5月共31天的风电出力曲线,可以看出,该风电场出力日波动性很大,最小值接近于O,最大值接近于满负荷。图1.1、辽宁省某风电场日出力曲线图1.2、辽宁省某风电场月出力曲线在省调范围内通常有多个风电场,风电场的地理分布效应使得各风电场之间的输出具有互补性,从而降低风电波动的幅度。然而,即便如此,系统内的风电总输出依然具有明显的波动特性。图1.3给出了内蒙古电网2009年10一11月风电功率(标么值)曲线,可以看出各风电场累计输出依然具有明显的波动特性。 10图1.3、内蒙古电网2009年10-11月风电功率曲线1.3.2间歇性受风电随机性和间歇性的影响,风电场输出也具有明显的随机性和间歇性。图1.4给出了辽宁省网内某风电场在2009年5月11日5月12日的出力曲线,可以看出风电场出力具有明显的间歇性。图1.5给出了上述两日内辽宁省内所有风电场的累计出力曲线,可以看出,尽管累计出力曲线的变化度于单个风电场,但依然具有明显的间歇性。 图1.4、辽宁省内某风电场2009年5月11-12日出力曲线图1.5、辽宁省内所有风电场2009年5月11-12日出力曲线1.3.3反调峰特性根据风电对电网等效负荷峰谷差改变模式的不同,可将风电日内出力调峰效应分为反调峰、正调峰与过调峰3种情形,如下图1.6所示11。风电反调峰是指风电日内出力增减趋势与系统负荷曲线相反,风电接入后系统等效负荷曲线峰谷差增大,其典型日曲线如图1.6(a)所示;风电正调峰指风电日内出力增减趋势与系统负荷基本相同,且风电出力峰谷差小于系统负荷峰谷差,风电接入后系统等效负荷曲线峰谷差减小,其典型日曲线如图1.6(b)所示;风电过调峰是指风电日内出力增减趋势与系统负荷基本相同,风电出力峰谷差大于系统负荷峰谷差,风电接入后系统等效负荷曲线峰谷倒置,其典型日曲线如图1.6(c)所示。由于我国风电资源主要集中在三北地区(东北、华北、西北)以及东南沿海地区,受我国风资源特性影响,通常晚上风大,白天风小,具有明显的反调峰特性。图1.7给出了2010年甘肃电网模拟的日内各时段平均出力曲线,图中可以看出,甘肃风电夜间的平均出力大于白天的平均出力,风电日内平均出力曲线与负荷曲线的变化趋势相反,可以推断,风电出现反调峰效应的概率大于出现正调峰效应的概率。图1.8给出了东北电网直调风电2007年5月1日2008年6月30日共14个月的日低谷反调峰概率分布,结果表明,约52%的运行日出现反调峰现象,反调峰出力幅度的概率分布如图1.8所示12 （a）风电正调峰（b）风电反调峰（c）风电过调峰图1.6、风电出力的各种调峰效应图1.7、风电日内各时段平均出力曲线图1.8、低估反调峰概率分布1.3.4季节性此外,受风资源季节性的影响,系统内风电出力也具有明显的季节性。图1.9给出了东北电网直调风电2007年5月1日2008年6月30日共14个月的月度平均出力曲线。可以看出来,风电出力具有明显的夏秋季小,冬春季大的季节特征。因此,针对不同的季节,应采用不同的调度方案。图1.10给出了内蒙古电网2008年1月11日00:00至2009年10月31日24:00的月平均负荷率曲线。可以看出,内蒙电网风电出力同样也具有冬春季风电,夏秋季风小的季节特征。图1.9、月度平均出力曲线图1.10、内蒙古电网风电月平均负荷率曲线1.4约束风电消纳的主要因素1.4.1调峰能力不足风电大规模并网增加了系统的调峰难度,主要体现在如下两个方面"(1)降低了系统调峰能力;由于风电不可控的、不确定的波动性、间歇性,风电的可信容量很低,但风电大规模并网之后,必然取代一部分传统电源,进而降低系统的调峰能力。(2)增加了系统调峰需求。由于风电的技术特性,在调度运行时通产把风电作为负的负荷处理。但受气候条件的影响,风电出力的变化一般比负荷的变化要剧烈的多,且风电日波动往往与负荷波动趋势相反,呈现反调峰特性。因此,风电大规模并网发电后,系统的调峰需求将大幅增加研究表明,按规划的风电容量预计,2010年与2015年分别使甘肃电网调峰需求增加3765MW与8959MW.随着我国各局部电网中风电比例的不断扩大,部分电网在系统调峰困难时段(如供热期等)已出现了风电出力受限的情况。如2008年吉林电网共发生3次风电出力受限,风电最大下调出力8万kw；蒙东电网共发生7次风电出力受限,风电最大下调出力10万kwl3。随着各电网风电装机容量的继续扩大,未来将会有越来越多的风电出力由于低谷调峰问题而无法接纳。研究指出,在低谷无高耗能负荷的情况下,2010年低谷时期接纳能力只占规划容量的60%,2012年、2015年、2020年只能达到40%。尽管风电负荷率较低,但依然会有很大的概率发生风电受限现象。电网的调峰问题,已经成为当前约束风电并网发电的最大的瓶颈。除此之外,约束风电消纳的因素还有如下几个方面。1.4.2输送能力不足我国风电发展将呈现大规模、高集中的开发趋势,而“三北”地区电力负荷水平低、系统规模小,调节能力有限,因此,风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。根据规划,中国七大千万千瓦级风电基地的风电消纳市场为:吉林风电主要在东北电网内消纳；河北风电主要在华北电网内消纳；江苏沿海风电主要在华东电网内消纳；甘肃酒泉风电需要在西北电网内消纳,其他部分风电需要与火电“打捆”后送到“三华”电网(华北一华中一华东特高压同步电网)消纳；内蒙古当地风电消纳能力有限,未来风电的大规模开发需要与火电“打捆”送到东北电网和“三华”电网消纳;新疆电网风电消纳能力有限,大规模风电必须与火电/打捆0后通过特高压直流输送到“三华”电网消纳。然而,长期以来,中国电力发展以分省就地平衡为主,区域间的电网互联规模很小。且我国风电多处在电网的末端,电网结构比较薄弱,而近年来风电发展远远超过电网发展,因此风电难以送到负荷中心地区消纳。例如,蒙东风电需送入辽宁负荷中心消纳,但受联网规模的约束,风电外送受到限制,在极端情况下只有采取限制风电出力的措施,限制了风电等清洁能源的大规模开发利用。1.4.3调度模式不合理除电网瓶颈外,我国电网目前采用的分省平衡的调度方式也不利于风电在区域范围内进行消纳。分省就地平衡的调度方式,意味着风电的波动性、间歇性、反调峰特性等均需在本省范围内进行平衡l4随着风电在各省网内并网比例的不断扩大,省内电网将逐渐无法满足接纳风电所需的辅助服务需求,但分省平衡的调度方式无法利用区域外的电源对风电进行调节,这就限制了风电的并网容量,也就限制了风电在区域范围内进行消纳。因此,需要提前研究适合于大规模风电集中运行的新联络线考核和电量消纳机制,探索在全区域乃至跨区通道上实施风电平衡的新调度模式。1.5提高电网调峰能力的手段如前文所述,调峰能力不足是当前约束电网接纳风电的主要瓶颈。因此,当前,对如何提高电网的调峰能力正逐步受到关注,主要手段包括:(1)优化电源结构,加大调峰电源建设。我国电源结构以煤电为主且将长期难以改变,“三北”地区的供热机组也占有较大的比重,系统调峰困难；未来我国核电(出于安全等考虑,一般不参与系统调峰)将进入大发展时期,预计2020年将达到8000万kw左右。因此,要促进中国风电大规模发展,提供电网接纳空间,必须优化电源结构,增加调峰电源容量,如抽水蓄能、水电、燃气电站等。其中,抽水蓄能电站是削峰填谷的最佳调峰电源,可以显著提高电网调容量、增加风电接入容量；燃气机组启动较快,可以满足风电出力变化对电网调峰的要求。(2)发展风电储能技术,平滑风电调峰特性。在风电场端口接入大规模分布式储能系统,将低谷风电转化为高峰电能,平滑风电入网曲线,在一定程度上可提高系统的调峰能力。然而,由于我国当前采用电网无条件全额收购风电的政策,各风电场尚无动机对输出进行平滑控制。因此,消纳政策的调整,是大规模发展风电储能技术的一个前提。与我国不同,在很多电力市场成熟的国家,由于要求风电提供必要的平滑控制,对风电储能技术的研究相对比较超前。(3)改进调度模式,实现跨省、跨区平衡。前文所述表明,当前我国的分省平衡的调度模式不利于在区域范围内对风电进行调节。因此,通过改进调度模式,完善联络线指定、调整及考核制度,协调风电和调节电厂之间的利益关系,实现在区域范围内平衡风电,充分利用省间电源结构的互补性,即可提高电网的风电接纳能力。在跨省乃至跨区通道上平衡的风电调度模式,会引发跨省、跨区间产生较为频繁的实时电力电量交易,将对现行的电网调度及市场交易模式产生较大变化,特别是在目前市场体制尚不健全的情况下,操作实施和电量结算上还有一些具体困难。因此需要认真研究风电在省际间乃至区域间消纳的市场机制和配套的补偿政策,积极引导区域内和区域外市场介入到对风电的平衡与消纳之中。2.水风电绑定调峰运行策略分析如前文所述,近年来风电在我国得到了快速发展,在多个局部电网中的比例已经超过了10%。由于风电场无法像水库蓄水一样存储风能,因此风电出力具有与自然风一样的随机性和间歇性15,被认为只能提供电量,而无法提供容量。然而,与风电不同,水电具有很高的容量可信度,但其提供电量的能力却受到水库蓄水能力和来水条件的限制,特别是在枯水期,往往体现为容量充裕,而电量不足。因此,水电、火电、风电混合电力系统中,在枯水期,把水电和风电绑定运行,由水电提供容量保证,由风电提供电量补充,将会具有明显的互补效益口16。本章基于水电调峰运行方式17,18,提出了枯水期水电一风电绑定调峰的运行策略,以期通过风电对水电的电量补充,提高水电的调峰能力,减小火电承担负荷的峰谷差,进而提高电网接纳风电的能力。2.1传统水电调峰运行原理水电调峰运行法是指在非丰水季节尽可能利用各水电厂给定的用水量,用水电厂承担系统负荷曲线的尖峰部分,而由火电厂承担较平稳的基本负荷(基荷和腰荷),从而减少火电机组的频繁调整该运行方法可以尽可能减少火电机组的开机容量,有利于系统低谷调峰"在我国许多火电为主的局部电网中都采用这种运行方式19,20该方式运行原理如下图2.1所示.图2.1、传统水电调峰运行原理示意图图中Ll表示调度周期内某日的日预测负荷曲线。假设系统中只有一个水电厂,该水电厂在该日的计划发电量为 (可用计划用水量折算得到,上标H表示水电,下标1表示计划值),则在调峰运行方式下水电工作的位置如图所示.此时,水电的有效调峰容量为 (<,为水电的最大可用容量,假设该水电厂的最大可用容量等于装机容量)。可以看出,尽管水电有最大可调容量,但由于水电计划发电量的约束,无法以最大容量进行调峰。而计划发电量主要取决于调度周期内水库的蓄水能力、来水条件、对未来的负荷预测等因素。计划发电量越大,水电所能提供的调峰容量也就越大。在确定水电调峰容量之后,火电机组在高峰时段的最小开机容量也可以相应地确定:=max() (2.1)> - (2.2)一般来讲,通过为负荷大的日期多分配水电量,为负荷小的日期少分配水电量,可保证各日间火电机组在高峰时段的最小开机容量大体相同,从而保证火电机组开停机的稳定性。在风电大规模并网之后,确定火电机组最小开机容量时,也应当充分考虑风电。假设系统中风电的装机容量为,预测的日出力曲线为,如图2.2所示,则指定可靠性水平下各时段的风电可信容量满足如下条件: >= (2.3)式中,为需要满足的概率可靠性水平,接近于1。为风电可能的实际出力也可以表示为风电装机容量的函数= (2.4)式中,刀表示有效容量系数,值越大表示风电的有效容量越高。该值与系统内各风电场出力特性、之间的相关性以及预测工具的精确程度有关。由于自然风的随机性和间歇性,在现有的预测条件下,一般认为风电的可信容量很低,接近于零,即认为风电只能提供电量而无法提供容量,因此在调度时通常把风电当做负的负荷来处理21,22。在考虑风电的情况下,负荷高峰时段时火电机组的开机容量应满足：- (2.5)由上述分析可知,风电单独运行时,其对容量的贡献几乎为零。2.2水电一风电绑定运行策略水电一风电绑定运行,是指把水电和风电作为一个整体进行计划和调度。由于风电出力具有随机性、波动性和不可控性,因此在实际调度时需要通过控制水电出力对风电进行实时补偿调节,使二者总出力等于指定的计划值,如下图2.2所示。图2.2、风电-水电绑定运行原理图中,假设为绑定系统所需要满足的指定负荷曲线,和分别为两条不同的风电实际出力曲线。可以看出,为满足指定的负荷,针对不同的风电出力,水电的补偿出力和也不同，-间的补偿发电量和也不同。由于风电的随机性和间歇性,绑定运行要满足容量可靠性要求,需要满足如下两个条件: < + (2.6) >- (2.7)式(2.6)表示既使风电出力偏离预测值,绑定系统通过水电的补偿调节可以保证系统的总出力满足指定负荷.式(2.7)中,表示水库所存储的最小水电发电量,表示一定电量可靠性要求下的风电在-间的最小发电量,= (2.8)式中表示需要满足的可靠性水平,为接近于1的值。式(2.7)表示水库中的蓄水量应当保证风电在周期内发电量达到预测下限时,依然有充足的水电量保证系统运行。假设在最严格容量可靠性要求下,即=0 (2.9)=0 (2.10)如果风电出力还满足< (2.11)即风电实际出力总是低于指定负荷,则上述水电和风电的绑定运行的效果,与水电单独满足负荷的效果完全相同.因此,当采用水电一风电绑定运行策略时,如果满足式(2.9)(2.10)(2.11),则可以把绑定周期内的风电电量看作是对水电的电量补充,进而以水电模型进行计划和调度。从另一个角度而言,绑定运行策略下,绑定周期内计划用水量越多、风电的预计平均出力(或预计电量)越大,则绑定系统可以承担的负荷就越大,但不会超过式(2.6)的限制。2.3水电一风电绑定调峰运行策略2.3.1水电一风电绑定调峰运行原理上节的分析表明,采用水电一风电绑定运行策略时,在满足式(2.9)(2.10)(2.11)的条件下,可以把风电电量等效为水电电量,进而利用水电模型进行发电计划的制定。据此,设计水电一风电绑定调峰的运行原理如下图2.3所示。图2.3、水电一风电绑定调峰运行原理示意图图中,假设该日水电的计划发电量为,水电单独调峰时的有效调峰容量为伴。若把有效调峰容量从提高到,如图则需增加的计划发电量,此时调峰时间为。如果此时在在间的风电预计发电量正好等于,且风电实际出力满足: < (2.12)则,根据第2节分析结果可知,在间把水电一风电绑定运行,也可以达到有效调峰容量为的调峰效果,与水电计划电量为时水电单独调峰时的调峰效果完全相同,因此也可以把风电电量看作是对水电的补充电量。此时火电机组的开机容量应满足： (2.13)显然,如果>十,会有<,由于绑定调峰所导致的有效调峰容量增加量 (2.14)为风电在之间的平均功率,要远远大于风电在指定可靠性水平下的可信容量。因此,可以认为绑定运行会提高二者总的调峰容量,从而降低火电机组的开机容量,减少火电在低谷的最小出力,缓解调峰困难,提高系统的风电接纳能力。2.3.2实际运行分析在确定水电一风电绑定系统的调峰容量之后,火电承担的高峰负荷即可确定,火电机组的开停机状态也即确定。实际调度运行时,如果负荷预测比较准确,当t在时,水电实时对风电进行补偿调节,使得二者的总出力保持为。如果风电实时功率为,则水电和火电在t在时相应的输出功率为:如果 <则 (2.15) (2.16)如果 >则 0 (2.17) (2.18)如下图2.4所示.图中,在A点位置,由于风电出力超过了绑定系统所承担的计划负荷,因此需要火电机组降低出力来满足发电负荷平衡要求。在间的其他位置,火电只要按计划曲线平稳运行即可。图2.4、实时调度运行原理示意图2.3.3影响系统有效调峰容量的因素分析1）、水电可调容量由图2.3可以看出,决定了绑定系统的最大可信容量,其值越大,绑定系统可接纳的风电电量就越多,有效调峰容量就越大.显然在图2.3中,最大可接纳的风电电量为,超过该值之后,绑定系统无法再提高有效高调峰容量。2）、水电电量水电一风电绑定调峰时,需要水电对风电不确定的波动性进行实时平抑,因此,水电需要满足式(2.7),以保证水电有充足的水量平抑风电的不确定的波动性。3）、间的风电电量由图13可以看出,越大,风电对水电的电量补充效果越明显,绑定运行后的有效调峰容量的增量就也大。然而,当大于之后,的增大需要火电降低出力或者水电降低日计划电量来保障发电负荷平衡,无法再提高有效高调峰容量。4）、风电出力波动性由图2.4可以看出,当风电出力大于绑定系统的计划出力时,需要火电降低出力来保障发电负荷平衡。该情况发生的概率越大,相同风电电量对水电的电量补充效果越小,因此,在指定绑定计划时,需要对风电电量进行修正, (2.19)式中,表示风电对水电的有效补充电量。5）、负荷特性由图2.3可以看出,负荷曲线越平缓,绑定调峰时风电对水电的电量补充效果越明显,绑定运行的效益就越大。6)预测偏差绑定运行时,对风电出力预测的偏差会使得水电调度结果偏离计划。例如图2.3中,如果间实际风电电量超过预测值,则调度之后会有部分水电剩余；如果实际风电电量小于预测值,则调度之后,会过多地消耗水电。从日计划时间尺度来讲,由于水库的蓄水能力,不会给系统运行带来太大风险,可通过对后续运行日水电日计划电量进行修正来避免风险。例如,如果某日水电用水量超过了计划值,则可把超出量滚动平均到后续几天之内,降低后续几天的水电计划发电量,从而使得一段时间内用水量保持不变。由于风电预测具有均值回归特性,不会总是偏大或偏小,因此从较长时间来看,实际用水量与计划用水量不会偏离太大。2.3.4有效调峰容量的优化确定根据上述分析,以水电调峰算法原理为基础,设计求取水电一风电绑定系统有效调峰容量的计算步骤如下:1）、初始化。预测计划日负荷曲线(t),风电日出力曲线；设置水电计划日发电量,计算水电单独调峰时的有效调峰容量,设置调峰容量增量,步长为某个较小的实数。2）、取,计算调峰容量增加时系统所需的水电量必,确定调峰时段，。计算间风电的预测发电量,并用经验系数依据式(2.19)进行修正得到。3）、如果以<,转步骤2),否则转4)。4）、把以作为风电对水电的补充电量,以为计划电量利用水电调峰运行算法计算水电一风电绑定系统在间的运行计划。5）、计算火电机组组合和负荷分配。本文仅仅是对水电一风电绑定运行策略原理进行简要介绍,因此算法设计较为简单。实际系统中,往往存在多个风电场、多个水电厂,实用有效的算法有待进一步深入研究。2.4算例分析以一简单系统阐述本文主题,假设系统中仅有一个1500MW水电厂(最小出力设为OMW),一个100OOMW火电厂和一个2000MW风电。系统计划日负荷曲线如下图2.5所示,尖峰负荷为10000MW,预测的风电日出力曲线君阿如图2.6所示。水电计划日电量为4000MWh，则可计算得水电单独调峰时的有效调峰容量为107OMW,水电一风电绑定运行时的有效调峰容量为1450MW,如图2.5所示。可以看出,绑定运行提高了水电调峰容量,其值大约等于调峰时段内风电的平均出力380MW。相应地,系统有效调峰容量的提高,可使火电机组少开机约38OMW。以50%的调峰深度计算,低谷火电可降低出力近190MW,从而多接纳近190MW的风电"因此,水电一风电绑定调峰,具有明显的经济效益。图2.5、水电一风电绑定调峰示意图图2.6、预测的风电出力曲线2.5本章小结本文研究表明,当系统中水电由于水量不足而无法利用其全部装机容量进行调峰时,通过水电与风电绑定调峰,可提供比水电单独运行更大的调峰能力,其效果与把高峰时段风电电量视作对水电的补充电量进而利用单一水电模型进行调度的调峰效果完全相同。调峰能力的提高,有助于减少火电开机容量,进而为低谷时期接纳风电提供更多的调节空间。本文只是对水