一种减小风电并网调度计划误差的控制方法

一种减小风电并网调度计划误差的控制方法
【专利摘要】一种减小风电并网调度计划误差的控制方法，首先分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响，包括广域时间尺度上风电出力的随机性及对电网调度计划的影响、广域时间尺度上风电出力波动特性及对电网调度计划的影响，以及风电出力间歇及反调峰特对电网调度计划的影响；然后在分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响的基础上，建立风电并网电力系统调度计划的多维标尺体系；在多维标尺体系中建立相互协调的调度计划，在不同尺度下的调度计划中加入其他调度计划的优化方案，利用不同尺度的调度计划相互优化，控制并减小风电并网实际出力与计划出力的误差。
【专利说明】—种减小风电并网调度计划误差的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种减小风电并网调度计划误差的控制方法。
【背景技术】
[0002]随着风カ发电技术的不断发展以及风电的大規模并网，风的不可控性和不可预知性造成风电并网调度计划与实际情况误差偏大，可执行性低，因此为保证电网安全经济稳定运行、对外可靠供电、各类电カ生产工作有序进行，风电并网下的电カ系统调度计划被广泛研究。
[0003]风电并网下的调度计划的制定是以尽可能精确的功率预测为基础。“风能王国”丹麦是世界上较早进行风电功率预测系统开发的国家，先后由丹麦Riso国家实验室开发了Prediktor风电功率预测系统、丹麦技术大学开发了 WPPT风电功率预测工具，随后集成ニ者功能，形成了新一代风电功率预测系统Zephry。同时，欧洲的其他国家也对风电功率预测系统进行了开发。如德国的奥尔登堡大学和德国太阳能研究所分别开发了风电功率预测系统Previento和高级风电功率预测工具AWPPT,西班牙马德里卡洛斯三世大学和西班牙可再生能源中心开发的sipre6lico、LocalPred_RegioPred与More-Care系统，以及爱尔兰开发的Honeymoon系统等。另外由7个国家的23家科研机构參与的欧盟ANEMOS项目，将物理方法和统计方法相结合，开发了用于陆地和海上的风电功率预测系统。除了欧洲国家，美国也对风电功率预测系统进行了开发，其AWSTrueWind公司开发了 eWind风功率预测系统。
[0004]基于尽可能精确的风电功率预测，我国针对自身风电情况风电并网系统的调度策略及算法进行了深入研究，提出了多种调度模式，例如文献I (孙涛，王伟胜，戴慧珠等.风力发电引起的电压波动和闪变[J].电网技术.2003，27 (12):62-66)中通过分析风电预测精度随时间尺度逐级提高的特性和有功调度的固有特点，提出了多时间尺度协调的有功调度模式及其关键技木；文献2(赵静波，雷金勇，甘德强.电池储能装置在抑制电カ系统低频振荡中的应用[J].电网技术，2010，32 (6):93-99, 108)研究了含风电系统发电调度的经济性评价方法，提出基于弃风量最小和能耗最小的2种发电调度模式；文献3 (袁铁江，晁勤等.大規模风电并网电カ系统动态清洁经济优化调度建模研究[J].中国电机工程学报，2010，30(31):7-13)综合考虑风电出力特性及风电并网系统的安全稳定运行约束，研究了 5种不同的风电调度计划的編制方法。
[0005]综合世界各国风电并网电カ系统调度计划的研究成果，尤其是我国风电并网电カ系统调度计划，其具有如下特征:
[0006]I)电网调度计划制定时所依赖的风电功率预报的时间尺度，应该倾向于选取较小值，因为小的时间尺度意味着较高的风电出力预报精度，且不同时间尺度不是孤立的，而是基于调度计划形成有机衔接的体系；
[0007]2) 15分钟以上乃至小时级等更大尺度上的风电出力波动相对较大，可以通过増加基于提前对应时间尺度上的风电功率预报值，与AGC控制计划协调的尺度上的机组调度计划的调整来克服；[0008]3)风电出力依赖自然来风(不可控)、间歇及反调峰特性，影响电カ系统中常规能源机组的开停机计划的制定和执行。较长时间的高风耦合较长时间的低风时，可能需要部分机组热态启动；较长时间的低风耦合较长时间的高风时，可能需要部分机组热停。而传统化石能源机组的起停需要受时间和经济性的约束。此外反调峰特性要求系统提供额外的备用、可中断负荷或者风电场弃风运行计划等等，在恶劣情况下也需要机组的起停机。
[0009]目前风电并网电カ系统调度计划的众多研究，对风电并网系统下经济调度计划的科学制定提供了充分的理论依据和借鉴，但是较少涉及利用调度计划自平滑风电计划出力与实际出力的误差。

【发明内容】

[0010]本发明所要解决的技术问题克服现有的调度计划因风电出力波动、依赖自然来风(不可控)间歇及反调峰、随机(难以精确预测)等特性而导致调度计划与实际情况误差较大，风电并网系统需要提供大量额外备用和调度员频繁參与功率平衡调节等缺点，提供一种利用调度计划控制风电并网实际出力与计划出力的误差，使之减小的方法。
[0011]本发明解决所述技术问题采用的技术方案是:
[0012]1、首先分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响，包括广域时间尺度上风电出力的随机性及对电网调度计划的影响、广域时间尺度上风电出力波动特性及对电网调度计划的影响，以及风电出力间歇及反调峰特对电网调度计划的影响。
[0013](I)广域时间尺度上风电出力的随机性及对电网调度计划的影响:风电出力随机性使其出力预报误差较大、误差时域分布可观测性差，误差幅值与预报时间尺度存在相关性，时间尺度越大，风电功率预报的误差越大。
[0014]因此，电网调度计划制定所依赖的风电功率预报的时间尺度，应该倾向于选取较小值，因为小的时间尺度意味着较高的风电出力预报精度，且不同时间尺度不是孤立的，而是基于调度计划形成有机衔接的体系。
[0015](2)广域时间尺度上风电出力波动特性及对电网调度计划的影响:在现有技术条件下，风资源受自然条件制约而广域分布。风电场和风电场中的风カ机都呈现广域时空分布特征，加上风轮机叶片的惯性作用，在自动发电量控制(AGC)起作用的秒级和分钟级波动时间尺度:10s-15min内，广域分布风电出力具有自平滑能力，广域分布的风电波动不大。在0-15分钟这个时间尺度上，该区域电网风电场出力波动很小，且在这个时间尺度上的风电功率预报精度较高，对自动发电量控制(AGC)的控制约束不显性，但是风电并网电カ系统需要在制定实时调度计划时，考虑到风电的可能影响而适当増加自动发电量控制(AGC)可调裕度。
[0016]15分钟以上乃至小时级等更大尺度上的风电出力波动相对较大，可以通过増加基于提前对应时间尺度上的风电功率预报值，与自动发电量控制(AGC)控制计划协调的尺度上的机组调度计划的调整来克服，而不必通过提供大量的额外备用、可中断负荷或者风电场弃风等手段来调节，以免影响系统经济、环境保护等调度目标的实现。
[0017](3)风电出力间歇及反调峰特对电网调度计划的影响:风电出力依赖自然来风(不可控)、间歇及反调峰特性，影响电カ系统中常规能源机组的开停机计划的制定和执行。较长时间的高风耦合较长时间的低风时，可能需要部分机组热态启动；较长时间的低风耦合较长时间的高风时，可能需要部分机组热停。而传统化石能源机组的起停需要受时间和经济性的約束。此外反调峰特性要求风电并网电カ系统提供额外的备用、可中断负荷或者风电场弃风运行计划等等，在恶劣情况下也需要机组的起停机。如果能够増加基于提前不小于机组最大热起停时间的风电功率预报值，与机组起停时间窗ロ相协调尺度的调度计划，由于又可以进ー步提高风电功率预报精度，则可以较好的应对风电出力间歇和反调峰的影响。
[0018]2、在分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响的基础上，建立风电并网电カ系统调度计划的多维标尺体系。所述的多维标尺体系包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度。时间尺度包括秒级、5-15min级、30-60分钟级和日级；调度计划尺度包括自动发电量控制(AGC)调度计划、实时调度计划、滚动调度计划和日前调度计划；误差带标尺包括25%误差带区、(25%+ 6 )误差带区和(25%+ S ±⑴)误差带区。由于在风电功率预报中，小时间尺度对应的小风电功率预报误差带对应的风电并网调度计划是在上ー级较大ー些的时间尺度对应的较大ー些的风电功率预报误差带对应的风电并网调度计划基础之上得到的，并且不同时间尺度下对应的风电功率预报误差处在风电出力预报误差带标尺尺度上的不同误差带内，小的时间尺度对应小风电功率预报误差带，对应的风电并网调度计划的误差也就小。同时调度计划之间具有内在联系:日前调度计划是制定滚动调度计划的基础，滚动调度计划是制定实时调度计划的基础，实时调度计划是制定自动发电量控制调度计划的基础。而日前调度计划依赖日级的风电功率预报数据得到，日级风电功率预报误差较大其误差位于(25%+ S ±⑴)误差带区内；滚动计划依赖30-60分钟级的风电功率预报数据得到，30-60分钟级的风电功率预报误差位于(25%+S )误差带区内；实时调度计划依赖5-15min级的风电功率预报数据得到，5_15min级的风电功率预报误差位于25%误差带区内；自动发电量控制调度计划以实时调度计划为基础，按照“补缺平余”的控制策略自动消除风电功率预报在25%误差带区内的误差；
[0019]当实际风电功率大于5_15min级的风电功率预报值吋，风カ发电机组或者常规能源发电机组自动发电量控制调度控制计划执行“平余”控制策略，即减小发电机组出力，所减小的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值；当风电功率小于5-15min级的风电功率预报值时，常规能源发电机组自动发电量控制调度控制计划执行“补缺”控制策略，即增大发电机组出力，增加的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值；
[0020]当获得日级风电功率预报值后，与日级负荷预测值结合，按照洁净、经济、优化的原则，制定日级调度计划，在电カ系统运行时，能够得到实时的风电功率预报值以及电网负荷值，利用所述的多维标尺体系调节风电并网调度计划，通过实时的风电功率预报值以及电网负荷值，按所述的电网调度多维尺度体系，包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度的控制策略，对日级调度计划进行相应修改，同时不断利用实时数据对调度计划进行持续订正，达到逐步对电网调度计划的修正，使调度计划更为精确，减小风电并网调度计划的误差。
[0021]所述的25%误差带区为风电出力预报误差绝对值不大于25%的区域；
[0022]所述的(25%+S )误差带区为风电出力预报误差绝对值大于25%宽度为5的区域；[0023]所述的(25%+ 6 + -)误差带区为风电出力预报误差绝对值大于25%+ 6的区域。
[0024]本发明所提出的一种减小风电并网调度计划误差的控制方法，基于风电功率预报值，综合考虑广域时间尺度风电出力特性对电网调度计划的影响和不同尺度的误差对调度计划的约束，建立在多维空间标尺体系下相互协调的调度计划，利用调度计划的耦合，降低由于预报误差、波动、间歇和反调峰等出力特性而对电网产生的影响，从而减小风电并网调度计划误差。
【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1基于误差分层平抑的风电出力预报误差带标尺尺度示意图；
[0026]图2电网调度多维尺度体系示意图；
[0027]图3减小风电并网调度计划误差控制图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进ー步说明。
[0029]本发明方法的步骤是:
[0030]1、首先分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响，包括广域时间尺度上风电出力的随机性及对电网调度计划的影响、广域时间尺度上风电出力波动特性及对电网调度计划的影响，以及风电出力间歇及反调峰特对电网调度计划的影响。
[0031]2、在分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响的基础上，建立风电并网电カ系统调度计划的多维标尺体系。所述的多维标尺体系包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度。在多维标尺体系中建立相互协调的调度计划，利用不同尺度的调度计划相互优化，即在不同尺度下的调度计划中均加入对其他调度计划的优化方案，使优化后的上ー级较长时间尺度下的调度计划可以減少下ー级较短时间尺度的调度计划的误差，上ー级较长时间尺度下的调度计划影响着下ー级较短时间尺度的调度计划的误差，通过利用实时的风电功率值对上ー级较长时间尺度下的调度计划经行优化，优化后的调度计划误差更小，可以使下ー级较短时间尺度下的调度计划误差減少。达到控制风电并网实际出力与计划出力的误差，使之减小的目的。
[0032]以下结合【专利附图】

【附图说明】利用本发明所建立的多维标尺体系调节风电并网调度计划的方法。
[0033]图1为基于误差分层平抑的风电出力预报误差带标尺尺度示意图，是以国家能源局下发的《风电场功率预测预报管理暂行办法》为基础建立的，在该误差带标尺尺度下风电出力预报误差分层调节方法，即在不同的误差尺度层中，减少误差的方法，其方法如下:
[0034]图1中的风电备用调节区是风电出力预报误差绝对值不大于25%的部分，即25%误差带区，其误差分量平抑主要通过调用风电并网电カ系统提供的正常负荷备用和风电备用来实现，风电备用一方面提供了必要的补充，另一方面受系统资源和风电运行成本的制约，风电备用的提供并不能以误差全域抑制为目标。考虑到实际误差只要存在，就都会全域或者部分分量在本区内得到平抑，从而达到了以较小的代价，且不显著增加备用下，最大程度地平抑预报误差对调度和电网运行的影响，结合2011年6月9日国家能源局下发的《风电场功率预测预报管理暂行办法》(后简称《办法》)对风电预报精度的規定，为更好地实现与《办法》规定的衔接，本发明在误差带标尺尺度中定义了风电出力预报误差带的25%误差带区。
[0035]图1中的储能调节区是风电出力预报误差绝对值大于25%宽度为5的区域，即(25%+ 6 )误差带区，其误差分量在本区通过风电场提供的具有灵活功率“呑吐”能力的储能系统来抑制。储能系统容量有ー个优化值，它由风电功率预报系统的性能、风电装机容量、储能系统性能和电网能够接受的风电功率预报误差限值等约束共同决定。储能系统的容量决定了 S的大小，两者大致呈正比关系。
[0036]图1中的风电并网电カ系统和风电场调节区是风电出力预报误差绝对值大于25%+ 6的区域，S卩(25%+S+误差带区，在不额外増加系统资源负担的情况下，比如额外的备用，风电并网电カ系统安排部分可中断负荷或者风电场弃风计划来分别平抑负方向和正方向的预报误差分量。风电场弃风的主要约束是其预报误差过大所致，应该视为电网合理弃风。
[0037]图2为本发明提出的电网调度多维尺度体系，包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度，其采用基于尽可能精确的风电功率预报，通过广域风电并网电カ系统调度计划间的耦合，达到逐级减小风电并网调度计划误差的控制目的，其控制策略包括:
[0038]I)日前调度计划:日前调度计划依赖日级的风电功率预报数据得到，日级风电功率预报误差较大其误差位于(25%+S 土①)误差带区内，根据日前风电功率预报值基于洁净和经济多重目标制定电网调度计划；
[0039]2) (25%+ 6 + -)误差带区与I小时至4小时相交区的滚动调度计划，本发明定义为+⑴计划:+⑴计划的制定以日前调度计划为基础，通过风电功率实时预报值，重点修正或者自平滑日前计划中针对(25%+S+の)误差带区预报误差的机组起停计划，防止风电日前预报误差过大、恶劣情况下的间隙出力和反调峰对电网的大扰动，自平滑风电功率预报的+⑴误差带，保证风电日前调度曲线的尽可能实现；
[0040]3) (25%+ 6 )误差带区和30分钟至I小时相交区域的滚动调度计划，本发明定义为+ 5计划:30-60分钟级的风电功率预报误差位于(25%+S )误差带区内，+S计划的制定重点结合日前调度计划和(25%+ 8 + -)误差带区调度计划，针对风电功率扩展实时预报值和实时预报值之间的差异，结合各机组当前的实际状态，修正日前调度计划，防止预报误差过大，导致常规机组出力大幅度调节(比如低载喷油运行)，并自平滑风电功率预报误差带区的+⑴误差带和(25%+ 6 )误差帯，以及尽可能的減少风电功率预报误差带25%区机组出力计划的调整幅度；
[0041]4) 25%区和15分钟至30分钟相交区域的实时调度计划:实时调度计划依赖的风电功率预报误差位于25%误差带区内，实时调度计划的制定结合各机组当前运行状态和+ 6计划，重点应对风电出力超短期预报和当前在线出力的差异和负荷出力波动，制定各个电源的调节计划，为系统AGC机组预留调节裕度，尽可能減少风电功率预报(25%+S)误差带及+⑴误差带的误差；
[0042]5)自动发电量控制(AGC)调度计划:以实时调度计划为基础，按照“补缺平余”的控制策略自动消除风电功率预报在25%误差带区内的误差。当实际风电功率大于5-15min级的风电功率预报值吋，风カ发电机组或者常规能源发电机组自动发电量控制(AGC)调度控制计划执行“平余”控制策略，即减小发电机组出力，减小的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值；当风电功率小于5_15min级的风电功率预报值时，常规能源发电机组AGC调度控制计划执行“补缺”控制策略，即增大发电机组出力，增加的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值。
[0043]图3为减小风电并网调度计划误差的控制图，如图3所示，P1为日级风电功率预报值，根据日前风电功率预报值，基于洁净和经济多重目标制定电网日前调度计划；进而利用所制定的电网日前调度计划，通过预测值与风电功率实时预报值对比，同时考虑电网负荷值P2，通过+⑴计划，对电网日前调度计划进行一次修正，使日前调度曲线精确；进一歩，利用一次修正过的电网日前调度计划，对比风电功率实时预报值，考虑电网负荷值P2，通过+ 6计划二次修正电网日前调度计划，防止预报误差过大，导致常规机组出力大幅度调节等问题，以及尽可能的減少风电功率预报误差带25%区机组出力计划的调整幅度；最后，通过结合各机组当前运行状态的实时调度计划，为系统机组自动发电量控制(AGC)预留调节裕度，并通过自动发电量控制(AGC)调度计划实现电网调度的精确，经济，可靠执行。
[0044]当获得日级风电功率预报值后，与日级负荷预测值结合，按照洁净、经济、优化的原则，制定日级调度计划。在电カ系统运行时，可得到实时的风电功率预报值以及电网负荷值，利用本发明的多维标尺体系调节风电并网调度计划。其具体方法是通过实时的风电功率预报值以及电网负荷值，按照图2所示的电网调度多维尺度体系的控制策略，对日级调度计划进行相应修改，同时不断利用实时数据对调度计划进行持续订正，达到逐步对电网调度计划的修正，使调度计划更为精确，减小风电并网调度计划的误差。
[0045]与现有风电并网调度计划相比，本发明以风电并网多维标尺体系为基础，综合考虑时间，预测误差，风カ特征对调度计划的影响，通过广域风电并网电カ系统调度计划间的耦合，调度计划层层递进，达到逐级减小风电并网调度计划误差的控制目的，提高了调度计划的可执行度，使电カ系统调度计划洁净、经济、优化且兼顾系统环境保护、经济运行、风电特性和系统性能优化。
【权利要求】
1.一种减小风电并网调度计划误差的控制方法，其特征在于所述的控制方法为:首先分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响，包括广域时间尺度上风电出力的随机性及对电网调度计划的影响、广域时间尺度上风电出力波动特性及对电网调度计划的影响，以及风电出力间歇及反调峰特对电网调度计划的影响；然后在分析广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划影响的基础上，建立风电并网电カ系统调度计划的多维标尺体系；在多维标尺体系中建立相互协调的调度计划，在不同尺度下的调度计划中加入其他调度计划的优化方案。
2.按照权利要求1所述的减小风电并网调度计划误差的控制方法，其特征在于所述的多维标尺体系包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度；所述的时间尺度划分为秒级、5-15min级、30-60分钟级和日级4个尺度；所述调度计划尺度包括自动发电量控制调度计划、实时调度计划、滚动调度计划和日前调度计划；所述误差带标尺包括25%误差带区、(25%+ 6 )误差带区和(25%+ S ±の)误差带区。
3.按照权利要求2所述的减小风电并网调度计划误差的控制方法，其特征在于所述的误差带标尺中:所述的25%误差带区为风电出力预报误差绝对值不大于25%的区域；所述的(25%+S )误差带区为风电出力预报误差绝对值大于25%宽度为8的区域；所述的(25%+ 6 + -)误差带区为风电出力预报误差绝对值大于25%+ 6的区域。
4.按照权利要求1所述的减小风电并网调度计划误差的控制方法，其特征在于所述的广域时间尺度上风电出力特性及其对电网调度计划的影响为:不同时间尺度下对应的风电功率预报误差处在风电出力预报误差带标尺尺度上的不同误差带内，小的时间尺度对应小风电功率预报误差带，对应的风电并网调度计划的误差也就小； 调度计划尺度上，不同尺度的调度出力计划之间存在耦合关系:小时间尺度对应的小风电功率预报误差带对应的风电并网调度计划是在上ー级较大ー些的时间尺度对应的较大ー些的风电功率预报误差带对应的风电并网调度计划基础之上得到的； 调度计划尺度上的调度计划之间的关系是:日前调度计划是制定滚动调度计划的基础，滚动调度计划是制 定实时调度计划的基础，实时调度计划是制定自动发电量控制调度计划的基础；日前调度计划依赖日级的风电功率预报数据得到，日级风电功率预报误差较大，其误差位于(25%+S 土误差带区内；滚动计划依赖30-60分钟级的风电功率预报数据得到，30-60分钟级的风电功率预报误差位于(25%+S )误差带区内；实时调度计划依赖5-15min级的风电功率预报数据得到，5-15min级的风电功率预报误差位于25%误差带区内；自动发电量控制调度计划以实时调度计划为基础，按照“补缺平余”的控制策略自动消除风电功率预报在25%误差带区内的误差； 当实际风电功率大于5-15min级的风电功率预报值吋，风カ发电机组或者常规能源发电机组自动发电量控制调度控制计划执行“平余”控制策略，即减小发电机组出力，所减小的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值；当风电功率小于5-15min级的风电功率预报值时，常规能源发电机组自动发电量控制调度控制计划执行“补缺”控制策略，即增大发电机组出力，增加的发电机组出力值为实际风电功率与5-15min级的风电功率预报值的差值； 当获得日级风电功率预报值后，与日级负荷预测值结合，按照洁净、经济、优化的原则，制定日级调度计划，在电カ系统运行时，能够得到实时的风电功率预报值以及电网负荷值，利用所述的多维标尺体系调节风电并网调度计划，通过实时的风电功率预报值以及电网负荷值，按所述的电网调度多维尺度体系，包括时间尺度、调度计划尺度和误差带标尺尺度的控制策略，对日级调度计划进行相应修改，同时不断利用实时数据对调度计划进行持续订正，达到逐 步对电网调度计划的修正，使调度计划更为精确，减小风电并网调度计划的误差。
【文档编号】H02J3/46GK103427444SQ201310182311
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年5月16日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】袁铁江, 晁勤, 刘佳铭, 杨青斌, 王筱, 张龙音, 刘春燕, 王再闯, 孙谊媊, 孙勇平, 付周兴, 朱鑫, 阿丽努尔 申请人:新疆大学, 国家电网公司, 辽宁省电力有限公司电力科学研究院