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), 其主要任務是根據(jù)當前電網(wǎng)AGC機組的下旋備裕度和聯(lián)絡線計劃實際值與設定值的偏差, 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。 

  主要關鍵技術:
  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)實際應用, 下圖分別為電網(wǎng)結構及控制系統(tǒng)結構： 
 

  詳細的仿真結果和實際運行結果如正文所示。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。仿真結果和實際結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。