電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在全球范圍內(nèi)煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源正日趨枯竭，氣候變暖、環(huán)境污 染等問題日趨嚴(yán)重。在此背景下以風(fēng)能和太陽能為代表的可再生一次能源越來越受到人類 的重視，并得到了快速的發(fā)展，其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展最為迅速。
[0003] 風(fēng)電滲透率的不斷增高，給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很多前所未有的 挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)火電機(jī)組不同，當(dāng)前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)速與電力系統(tǒng) 頻率解耦，不具備慣性響應(yīng)及輔助調(diào)頻能力，大規(guī)模風(fēng)電接入替代了部分傳統(tǒng)電源，減小了 整個(gè)電力系統(tǒng)的慣性，削弱了電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成 嚴(yán)重威脅。有必要要求風(fēng)電場具有參與電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)的能力，為此分析電力系統(tǒng)需要 風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決分析電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量過程中所遇到的問題， 提供一種能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)中的負(fù)荷及風(fēng)電功率均隨著時(shí)間的變化而變化，提高不同時(shí)刻 電力系統(tǒng)的風(fēng)電功率滲透率，科學(xué)合理，應(yīng)用效果佳的電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻 備用容量分析方法。
[0005] 解決其技術(shù)問題采用的方案是:一種電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量 分析方法，其特征在于:它包括以下步驟：
[0006] 1)風(fēng)電功率滲透率定義
[0007] 風(fēng)電功率滲透率是指電力系統(tǒng)中各時(shí)刻風(fēng)電功率的滲透水平，將電力系統(tǒng)中實(shí)時(shí) 的風(fēng)電功率與負(fù)荷的比值定義為風(fēng)電功率滲透率(Wind Penetration Level):
[0008] ffPL(t)=Pw(t)/PL(t) (I)
[0009] 式中WPL(t)為電力系統(tǒng)t時(shí)刻的風(fēng)電功率滲透率，Pw(t)和PL(t)分別表示電力系統(tǒng)中 t時(shí)刻的風(fēng)電功率和負(fù)荷；
[0010] 2)電力系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)及調(diào)差系數(shù)整定
[0011]當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率波動(dòng)時(shí)，電力系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)決定了電力系統(tǒng)的瞬時(shí)頻 率變化率;發(fā)電機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)H/(MVA · s)/MVA與發(fā)電機(jī)額定裝機(jī)容量成反比；整個(gè)電 力系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)Hsys與單臺(tái)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的關(guān)系：
[0012]
U1
[0013] 式中η為電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)，出義分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) 及裝機(jī)容量；
[0014] 設(shè)某一系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組具有相同的容量S，系統(tǒng)中有m臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組且每 臺(tái)發(fā)電機(jī)組具有相同的慣性時(shí)間常數(shù)H，其余發(fā)電機(jī)組不具備慣性響應(yīng)能力，則其慣性時(shí)間 常數(shù)為〇,則該電力系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)H sys為：
[0015]
(3)：
[0016]電力系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)〇G%與單機(jī)調(diào)差系數(shù)σ %的關(guān)系為：
[0017]
(4)
[00?8]式(4)中〇G %為電力系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)、σ %為單機(jī)調(diào)差系數(shù)，η為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總 臺(tái)數(shù)，m為參加電力系統(tǒng)一次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
[0019] 3)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用時(shí)段的確定
[0020] 電力系統(tǒng)中的負(fù)荷及風(fēng)電功率都隨著時(shí)間的變化而變化，因此不同時(shí)刻電力系統(tǒng) 的風(fēng)電滲透率不同，所以不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)能力就不同，電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電 場一次調(diào)頻備用需求也在不斷變化，對(duì)于部分調(diào)度周期需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用，滿 足電力系統(tǒng)頻率要求的風(fēng)電滲透率極限和負(fù)荷的關(guān)系為：
[0021]
(5)
[0022]由式(5)?以得出友生功率脫落并且頻率跌落至最低值時(shí)任意負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)電滲 透率的限值WPLlim，并能夠判斷任意時(shí)刻的負(fù)荷場景下是否需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用， 判斷方法為:基于實(shí)時(shí)風(fēng)電功率及負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算任意時(shí)刻t的風(fēng)電滲透率WPL(t)，若該時(shí) 刻對(duì)應(yīng)的風(fēng)電滲透率限值WPL lim(t)〈WPL(t)，此調(diào)度時(shí)段需要風(fēng)電場為電力系統(tǒng)提供一次 調(diào)頻備用，反之則不需要；
[0023] 4)風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)頻影響
[0024] 電力系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電功率大小，啟停部分傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，停機(jī)的原則為:風(fēng)電功率的 50%替代了具有不具備一次調(diào)頻能力的部分傳統(tǒng)發(fā)電單元，其余的50%替代了具有一次調(diào) 頻能力的部分發(fā)電單元，結(jié)合步驟2)的仿真參數(shù)整定方法，確定含有風(fēng)電的電力系統(tǒng)的仿 真參數(shù)，仿真分析不同風(fēng)電滲透率下的電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻特性；
[0025] 5)電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析
[0026]依據(jù)步驟4)確定電力系統(tǒng)在不同風(fēng)電功率及負(fù)荷條件下發(fā)生最大功率脫落時(shí)系 統(tǒng)頻率最低值，若最低值超過低頻減載限值，則需要風(fēng)電場提供一定容量的一次調(diào)頻備用； 具體電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析方法為:風(fēng)電場留出一部分備用容 量，原來由風(fēng)電場承擔(dān)的部分負(fù)荷由傳統(tǒng)火電機(jī)組增發(fā)一部分功率來承擔(dān)，并在系統(tǒng)發(fā)生 功率脫落時(shí)釋放風(fēng)電場的備用容量，根據(jù)此原理不斷調(diào)整風(fēng)電場的一次調(diào)頻備用容量并通 過仿真確定系統(tǒng)頻率最低點(diǎn)，直至電力系統(tǒng)頻率最低點(diǎn)等于低頻減載限值為止，此時(shí)得到 的風(fēng)電場的備用容量為電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量。
[0027]本發(fā)明的電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析方法，能夠適應(yīng)電力系 統(tǒng)中的負(fù)荷及風(fēng)電功率均隨著時(shí)間的變化而變化，提高不同時(shí)刻電力系統(tǒng)的風(fēng)電功率滲透 率，具有方法科學(xué)合理，應(yīng)用效果佳等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0028] 圖1不同風(fēng)電滲透率下的頻率響應(yīng)曲線；
[0029] 圖2第一季度負(fù)荷最低點(diǎn)頻率響應(yīng)曲線(Pw(t) = 636.3Mff、PL(t) = 1274.4Mff);
[0030] 圖3風(fēng)電場參與一次調(diào)頻響應(yīng)曲線(Pw(t) = 636.3Mff、PL(t) = 1274.4Mff)。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明的電力系統(tǒng)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用容量分析方法，它包括以下步 驟：
[0032] 1)風(fēng)電功率滲透率定義
[0033]風(fēng)電功率滲透率是指電力系統(tǒng)中各時(shí)刻風(fēng)電功率的滲透水平，將電力系統(tǒng)中實(shí)時(shí) 的風(fēng)電功率與負(fù)荷的比值定義為風(fēng)電功率滲透率(Wind Penetration Level):
[0034] WPL(t)=Pw(t)/PL(t) (I)
[0035] 式中WPL(t)為電力系統(tǒng)t時(shí)刻的風(fēng)電功率滲透率，Pw(t)和PL(t)分別表示電力系統(tǒng)中 t時(shí)刻的風(fēng)電功率和負(fù)荷；
[0036] 2)電力系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)及調(diào)差系數(shù)整定
[0037] 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功率波動(dòng)時(shí)，電力系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)決定了電力系統(tǒng)的瞬時(shí)頻 率變化率;發(fā)電機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)H/(MVA · s)/MVA與發(fā)電機(jī)額定裝機(jī)容量成反比；整個(gè)電 力系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)Hsys與單臺(tái)發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的關(guān)系：
[0038]
(2)
[0039] 式中η為電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)，出義分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù) 及裝機(jī)容量；
[0040] 設(shè)某一系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組具有相同的容量S，系統(tǒng)中有m臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組且每 臺(tái)發(fā)電機(jī)組具有相同的慣性時(shí)間常數(shù)H，其余發(fā)電機(jī)組不具備慣性響應(yīng)能力，則其慣性時(shí)間 常數(shù)為〇,則該電力系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)H sys為：
[0041]
(3)
[0042I電力系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)OG%與單機(jī)調(diào)差系數(shù)O %的關(guān)系為：
[0043]
(4)
[0044] 式(4)中%為電力系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)、σ %為單機(jī)調(diào)差系數(shù)，η為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總 臺(tái)數(shù)，m為參加電力系統(tǒng)一次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
[0045] 3)需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用時(shí)段的確定
[0046]電力系統(tǒng)中的負(fù)荷及風(fēng)電功率都隨著時(shí)間的變化而變化，因此不同時(shí)刻電力系統(tǒng) 的風(fēng)電滲透率不同，所以不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)能力就不同，電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電 場一次調(diào)頻備用需求也在不斷變化，對(duì)于部分調(diào)度周期需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用，滿 足電力系統(tǒng)頻率要求的風(fēng)電滲透率極限和負(fù)荷的關(guān)系為：
[0047]
(5)
[0048] 由式(5)可以得出發(fā)生功率脫落并且頻率跌落至最低值時(shí)任意負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)電滲 透率的限值WPLlim，并能夠判斷任意時(shí)刻的負(fù)荷場景下是否需要風(fēng)電場提供一次調(diào)頻備用， 判斷方法為:基于實(shí)時(shí)風(fēng)電功率及負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算任意時(shí)刻t的風(fēng)電滲透率WPL(t)，若該時(shí) 刻對(duì)應(yīng)的風(fēng)電滲透率限值WPL lim(t)〈WPL(t)，