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确定风电场群功率汇聚外送输电容量的静态综合优化方法

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第31卷 第1期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.31 No.1 Jan.5, 2011 2011年1月5日 Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 15

文章编号：0258-8013 (2011) 01-0015-05 中图分类号：TM 72 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40

确定风电场群功率汇聚外送输电容量的 静态综合优化方法 穆钢1，崔杨2，严干贵1 (1．东北电力大学电气工程学院，吉林省 吉林市 132012； 2．华北电力大学电气与电子工程学院，河北省 保定市071003)

A Static Optimization Method to Determine Integrated Power Transmission Capacity of Clustering Wind Farms MU Gang1, CUI Yang2, YAN Gangui1 (1. School of Electrical Engineering, Northeast Dianli University, Jilin 132012, Jilin Province, China; 2. School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, Hebei Province, China)

ABSTRACT: As some wind energy enriched regions are away from load centers, especially in the North China, it is necessary to connect clustering wind farms into the main grid with high-voltage transmission lines. So the primary issue is to rationally determine transmission capacity of the transmission line. This paper presented a static optimization method for transmission capacity determination considering the low energy density characteristics of wind generation. In order to maximize the comprehensive benefits of the transmission project, the following factors have been taken into account such as the transmission benefit, transmission constructing costs as well as the congestion loss probably caused by a low transmission capacity. Example shows that the proposed method can achieve optimal transmission project benefit than the traditional one based on the total installed capacity. Meanwhile, the proposed method is an effective tool to determine transmission capacity for incorporating some 10 GW-class wind farms into main grid.

KEY WORDS: clustered wind generation transmission; clustering effect of wind generations; annually duration characteristic of clustering wind generations; transmission capacity; static optimization

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2008AA14B01)；国家自然科学基金项目(60934005，50877009)；中国电机工程学会电力青年科技创新项目(QN08-15)。 Key Project of the National Eleventh-Five Year Research Program of China (2008AA14B01); Project Supported by National Natural Science Foundation of China (60934005, 50877009); Power Youth Innovation Project of Chinese Society for Electrical Engineering (QN08-15).

摘要：风电大规模集中并网是实现风能大规模开发利用的重要途径。由于风电电源具有输出易变、能量密度低等特点，在进行风电外送配套输电系统的容量规划时，必须考虑风电功率整体波动特性的影响。对多个风电场汇聚成风电场群后的功率波动特性进行量化分析，以风电场群的持续出力曲线描述其变化规律；在此基础上，提出一种风电场群功率汇聚外送输电容量的静态优化方法，该方法综合考虑了诸如电网输电收益、输电工程建设成本以及可能的阻塞造成弃风损失等因素对风电外送输电工程综合收益的影响。算例表明该方法与以风电场群总装机容量来规划外送输电容量的方法相比，能够显著提高输电工程的综合效益。

关键词：风电外送；风电场群汇聚效应；风电持续出力特性；输电容量；静态优化

0 引言

为积极应对传统化石燃料能源枯竭、全球气候变暖等世界性危机，大规模开发非水电可再生能源、减少基于化石燃料的电力生产引起的碳排放已成为全球共识。风力发电由于其技术日臻成熟、能源分布广泛且易于获得，已成为当前最主要的非水电可再生能源发电方式之一。 风力发电联网运行是中国大规模开发利用风能资源的重要途径。中国风能资源丰富，拟建设的大规模(千万kW级)风电基地大多分布在远离负荷中心的东北、西北和华北北部地区，如吉林西部、甘肃酒泉、新疆、内蒙古等。这些地区当地用电负荷小、电网网架薄弱，必须建设配套风电外送输电工程将风电功率通过高电压、远距离输电线路输送16 中 国 电 机 工 程 学 报 第31卷 至主要负荷中心进行消纳[1-2]。 运行实践表明，风力发电的能量密度较低，风电场等效满发年利用小时数通常在2 000 h左右。若按风电场群总装机容量来规划风电外送输电容量，很有可能造成输电容量的过度配置，从而降低输电系统的运行效益；若风电外送输电容量配置过低，虽可以降低输电投资成本，但可能在风电场群整体出力较大的部分时段上因输电阻塞而造成弃风损失。如何平衡输电工程规划中的各方利益、合理设计配套风电外送输电容量，是急需解决的问题。 目前关于上述问题的研究大都是从电网可靠性角度来考虑风电场发电容量的可信度[3-11]，而从

规划角度确定风电容量的研究几乎没有。仅少数学者在风电出力不确定性对电网输电容量规划的影响方面开展过初步研究，如文献[12]结合风电机组、输电网设备的可靠性以及风速的特性，对含有大型风电场的电网扩展规划提出可靠性评估方法，是本领域比较早期的研究；文献[13]提出了一种基于机会约束规划的输电系统规划方法，考虑了负荷和风电场输出功率不确定性对输电网规划的影响；文 献[14]提出的电网规划模型考虑了风电出力不确定性及国家新能源产业政策的要求对电网运行的影响；文献[15]考虑了风电场输出功率、负荷变化、经济等不确定性因素，通过Monte Carlo模拟方法，得到大型风电场的输出功率的概率值，然后根据多场景概率的方法，对含有大型风电场的输电网网架进行规划。 本文分析风电场群汇聚后输出功率的波动特性，提出一种风电场群外送输电容量的配置优化方法，综合考虑了满足风电送出需求、输电工程建设成本和输电运行收益等多方面的利益，以实现风电可靠送出与配套输电系统自身运行经济性两方利益的均衡。

1 风电场群汇聚功率特性分析 对于由m个风电场汇聚形成的风电场群，在规划其外送输电工程容量时，首先要确定该风电场群最大运行功率与其总装机容量的关系，进而要研究如何计及风力发电的低功率密度特性。这些都需要对风电场群功率特性的恰当表达。 图1为某省级电网中风电场群的构成示意图，该风电场群由8个风电场汇聚而成，总装机容量为770 MW，覆盖地域约200 km

2。全部风电功率经双

回220 kV线路送入主网。

1号风电场 2号风电场8号风电场 3号风电场

4号风电场5号风电场7号风电场6号风电场火电厂2

火电厂1

省网主系统

图1 中国东北某省级电网风电场群示意图 Fig. 1 Sketch map of a provincial grid cluster wind farms in Northeast China

图2为该风电场群内单个风场、部分(3—6号)风场以及整个场群在同一时间段内输出功率Pwind

的变化曲线。 1.00.50.00510 15 20 25t/h (a) 风电场群含1个风电场，总装机容量30 MW

Pwind/pu

1.00.50.00510 15 20 25t/h (b) 风电场群含4个风电场，总装机容量120 MW

Pwind/pu

1.00.50.00510 15 20 25t/h (c) 风电场群含8个风电场，总装机容量770 MW

Pwind/pu

图2 不同汇聚场景下风电功率的变化曲线 Fig. 2 Wind power curves with different integrated wind farms

由图2可见，伴随着风电场向风电场群的汇聚，最大发电功率的标幺值呈递减趋势。 从时序曲线上虽然也能对风电场汇聚引起的功率变化进行初步分析，但仍难以把握较长时间段内功率变化的趋势性特征，不能满足规划的需要。 在进行电网规划时，对于风电这样地依赖于自然力的电源，需要了解其整体的变化规律，而并不特别关注具体的时序曲线。 因此，可以用风电场群的年持续出力曲线来描述其变化规律，借此也可以分析风电场群汇聚过程中功率波动变化的趋势。 图3是整个风电场群的持续出力曲线Pdur(t)。

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调度持证上岗培训(新能源处)

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13 风电场二次系统
风电场调度自动化
风电场应配备计算机监控系统、电能量远方终端设备、 二次系统安全防护设备、调度数据网络接入设备等，并 满足电力二次系统设备技术管理规范要求。
风电场调度自动化系统远动信息采集范围按电网调度自 动化能量管理系统（EMS）远动信息接入规定的要求接 入信息量。
风电场电能计量点（关口）应设在风电场与电网的产权 分界处，产权分界处按国家有关规定确定。计量装置配 置应符合电力系统关口电能计量装置技术管理规范要求 。
正常运行情况下有功功率变化
风电场有功功率变化包括1min有功功率变化和10min有功 功率变化。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场有 功功率变化应当满足电力系统安全稳定运行的要求，其限 值应根据所接入电力系统的频率调节特性，由电力系统调 度机构确定。
风电场有功功率变化限值的推荐值见表1，该要求也适用于 风电场的正常停机。允许出现因风速降低或风速超出切出 风速而引起的风电场有功功率变化超出有功功率变化最大 限值的情况。
基本要求：风电场应配置风电功率预测系统，系统具有0 ～72h 短期风电功率预测以及15min～4h 超短期风电功 率预测min 自 动 向 电 网 调 度 部 门 滚 动 上 报 未 来 15min～4h的风电场发电功率预测曲线，预测值的时间 分辨率为15min。
a) 当风电场并网点电压处于标称电压的 20％～90％区间内时，风电场应能 够通过注入无功电流支撑电压恢复；自并网点电压跌落出现的时刻起，动 态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时间应不少于550ms。
b) 风 电 场 注 入 电 力 系 统 的 动 态 无 功 电 流 IT≥1.5× （ 0.9-UT ） IN ， （ 0.2≤UT≤0.9）式中：
风电场接入电网具体要求

风电场接入电网具体要求

当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的-10％～＋10％之间时，风电场内的风电机 组应能正常运行；当风电场并网点电压偏差超过＋10％时，风电场的运行状态由风电场所选 用风电机组的性能确定。 4.2 电压控制要求 a） 风电场应配置无功电压控制系统；根据电网调度部门指令，风电场通过其无功电压控制 系统自动调节整个风电场发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调节速 度和控制精度应能满足电网电压调节的要求。 b） 当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在额定电压 的 97％～107％范围内。 c） 风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器。风电场具有通过调整变电站主变压器 分接头控制场内电压的能力，确保场内风电机组在条款 4.1 所规定的条件下能够正常运行。 5 风电场低电压穿越 5.1 基本要求
二、风电场接入系统的资料要求
1 风电场接入系统需向新疆省调提供的资料 并网前 3 个月提供
风电场应配置电能质量监测设备，以实时监测风电场电能质量指标是否满足要求；若不 满足要求，风电场需安装电能质量治理设备以确保风电场合格的电能质量。 8 风电场模型和参数 8.1 风电场模型
风电场开发商应提供可用于系统仿真计算的风电机组、电力汇集系统及风电机组/风电 场控制系统模型及参数，用于风电场接入电力系统的规划、设计及调度运行。 8.2 参数变化
风电场实时功率数据的采集频率应小于 5 分钟，风电场端风电功率预测系统的数据应取 自风电场升压站计算机监控系统。
风电机组状态数据的采集频率应小于 15 分钟，其中：电网调度机构的风电功率预测系 统的数据应通过电力调度数据网由风电场端风电功率预测系统获取；风电场端风电功率预测 系统的数据应取自风电场计算机监控系统。 9.2 正常运行信号
基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法

基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法

基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法随着风电技术的不断发展和风电设备技术的更新换代，风电场功率曲线的优化成为了风电场经济运行的重要课题。

本文提出一种基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法，可以有效地提高风电场的发电效率和经济性。

首先，要了解风电场功率曲线的概念。

风电场功率曲线实际上是风速和发电量之间的关系曲线，是风电机组在不同风速下的最大功率输出曲线。

一般来说，风电机组在额定风速范围内可以输出额定功率，而在超额定风速范围内，风机的输出功率受到机组限制，输出功率会随风速的增加而逐渐降低。

风电场功率曲线的优化目标是提高风电场的电量利用率和经济性。

根据实际运行数据，可以对风电机组的功率曲线进行分析和建模。

传统的风电场功率曲线优化方法主要是基于模拟计算，通过对风场的建模和模拟获得最优的功率曲线。

但是，这种基于模拟计算的方法存在着一些局限性，比如精度不高、计算量大等。

第一步，采集实际运行数据。

通过实时监测风机的运行数据，比如风速、转速、功率等参数，获取风电机组在不同工况下的实际输出功率和经济效益。

第二步，建立功率曲线模型。

根据采集到的实际运行数据，建立风电机组的功率曲线模型，并进行灵敏度分析，确定不同因素对功率曲线的影响程度。

第三步，制定优化策略。

根据模型分析结果，制定出针对不同工况的优化策略，包括调整叶片角度、调整发电功率、调整风机运行模式等。

第四步，跟踪验证。

根据制定的优化策略，对风电机组进行调整和优化，并在实际运行中进行跟踪验证，不断优化改进，提高风电场的发电效率和经济性。

通过以上步骤，可以针对不同工况下的风电机组进行功率曲线优化，提高风电场发电效率和经济性。

同时，该方法可以根据实际运行数据进行优化，避免了传统方法的一些局限性，提高了精度和有效性。

综上所述，基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法是一种有效的方法，可以为风电场的经济运行提供重要的技术支持。

风电场容量预测与运行优化研究

风电场容量预测与运行优化研究

风电场容量预测与运行优化研究近年来，随着环保意识的日益提高，风电作为一种清洁、可再生能源的重要代表，受到了越来越多的关注和青睐。

然而，风电场的建设和运行并非易事，容量预测和运行优化便成了关键问题。

一、风电场容量预测风电场容量预测是指根据风速、风向等气象因素，结合电站的实际情况，对未来一段时间（如数小时至数日）内风电场的输出功率进行预测。

准确的容量预测可以降低风电场的运行成本、提高企业的经济效益。

目前，常用的预测方法有物理模型法、统计学习法和人工神经网络法等。

其中，物理模型法是利用气象学基本方程组和边界条件，对气象因素进行数值计算，再通过与测量结果进行对比，来预测风电场的输出功率。

而统计学习法和人工神经网络法则是基于历史数据和其他辅助数据，通过数据挖掘、机器学习等方法，对风电输出功率进行预测。

这三种方法各有优缺点，需要根据实际情况选用。

二、风电场运行优化风电场的运行优化是指根据风电场的实际情况，选用合适的控制策略和运行模式，从而最大化风电场的经济效益。

在风速较高且稳定的情况下，风电场的输出功率会逐渐达到额定容量，此时应尽可能将所有风机并网运行，以提高风电场运行效率；而在风速波动较大、风电场输出功率不稳定的情况下，需要适当对某些风机进行限功率控制或关机，以保证整个风电场的稳定运行。

此外，对于大型风电场，还可以采用多种风机运行模式，例如以分散控制为主的“多个小中央控制系统”模式、基于风机信号传输的“无线监测系统”模式等。

三、结语风电场容量预测和运行优化是风电发展中不可或缺的环节。

仅有较高的发电容量，却缺乏相应的预测和优化手段，无法实现风电场的正常稳定运行，反而会造成经济和环境上的浪费和损失。

因此，针对不同的气象环境和风机情况，合理选用预测和优化方法，是提高风电场经济效益和环境保护水平的关键。