大规模风电并网条件下的电力系统有功功率平衡理论研究

【摘要】：随着风电在我国各电网中并网规模的不断扩大,风电所具有的随机性、间歇性以及反调峰特性给电力系统有功平衡的各个方面都带来非常大的影响。在其中,低谷调峰能力不足所导致的大规模弃风浪费是当前电网面临的主要问题；而风电场脱网所造成的频率控制问题也值得关注。针对上述两个方面的问题,论文进行了较为系统和深入的研究,主要工作及成果如下： 1.冬季供暖期,由于热电联产机组的调峰能力因供暖而下降,导致负荷低谷期间强迫出力过大,留给风电上网的空间严重不足,造成大量弃风。为此,在借鉴丹麦经验的基础上,提出了在我国电力系统中实行热电厂参与风电低谷调峰的设想,以东北电网为例论述了热电参与调峰对接纳风电的效益。分析表明,热电参与调峰是解决未来电网风电接纳能力不足的一个有效途径。进一步,还分析了三种可行的“热电解耦”技术方案,指出了实行热电参与调峰所面临的关键问题。 2.为激励发电企业充分发掘其调峰潜力参与风电调峰,在充分考虑当前我国电力系统运营环境的基础上,提出了在现有上网电价制度下建立市场化的非常规调峰服务定价机制的构想。进而,通过对风电弃风机理的剖析,考虑现有的调峰管理模式,设计了风电参与的非常规调峰服务交易理论基本框架,并对其中的核心问题及解决方案进行了论述。分析表明,风电参与的非常规调峰服务市场,既可产生调峰价格信号,激励调峰并引导风电与调峰电源协调发展,还可保证电网经济运行,而且与现有风电扶持政策相兼容。 3.为平抑风电的日间波动性,保障火电机组各日所承担尖峰负荷数量的稳定性,减少火电机组开停机调峰需求,提出了冬季枯水期水电一风电联合调峰运行策略,建立了以月为决策时间尺度、以周为决策时间间隔的滚动决策框架。理论分析和算例验证均表明,该联合运行策略不仅可有效平抑风电出力的日间波动性,使火电机组承担的日尖峰负荷保持稳定,从而保障火电开停机稳定性；还可利用水电的剩余容量与风电协调,充分利用风电电量,从而提高系统调峰能力、减少火电机组开机容量,提高电网运行经济性。 4.大规模风电并网后,使得原有的低频减载方案存在安全隐患。为此,对风电出力的波动性和风电机组的低频保护对低频减载方案整定的影响进行了分析,论证了低频减载方案校核模型中单机改进为多机的必要性,提出了计入风电机组的影响的模型参数修『正方法,进而设计了大规模风电并网下的低频减载方案。最后,对传统方案和改进方案进行了仿真对比,结果表明,改进方案能更为有效地抑制系统频率下降,频率恢复效果更为良好。 上述研究表明,对调峰问题而言,热电参与调峰是解决未来我国风电接纳的有效途径,其关键在于要有良好的调峰激励机制,而市场是最为有效的手段；水电——风电联合调峰运行也可以在一定程度上提高系统的调峰能力,从而提高系统接纳风电的水平。对频率控制问题而言,在设计低频减载方案时必须充分计及风电机组的影响,从而提高低频减载方案的可靠性。 上述研究可为我国大规模风电并网后有功平衡问题的解决提供有益的参考。 【关键词】：电力系统 风电消纳 调峰 低频减载 电力市场
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM714
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 风电现状及未来发展趋势11-12
• 1.2 风电大规模并网对电力系统有功平衡的影响12-26
• 1.2.1 分钟级波动特性对调频的影响14-16
• 1.2.2 小时级波动特性对经济调度方式的影响16-17
• 1.2.3 日内反调峰特性对日内机组调峰的影响17-23
• 1.2.4 日间波动特性对日间机组调峰的影响23-25
• 1.2.5 季节波动特性对中长期电力平衡的影响25-26
• 1.3 本文的主要研究工作26-29
• 1.3.1 本文研究所针对的问题26-27
• 1.3.2 本文所做的工作27-29
• 2 热电机组参与风电调峰的相关问题研究29-53
• 2.1 低谷调峰问题简述29-31
• 2.2 丹麦电力系统风电接纳经验31-34
• 2.2.1 丹麦电力系统简介31
• 2.2.2 接纳风电的经验31-34
• 2.3 大型热电厂参与低谷调峰的可行技术方案34-44
• 2.3.1 热电机组分类及热电联产原理35-40
• 2.3.2 可行的"热电解耦"方案40-44
• 2.4 东北地区热电厂参与风电调峰的效益分析44-50
• 2.4.1 负荷数据44-45
• 2.4.2 电源结构45-46
• 2.4.3 电源调峰能力分析46-47
• 2.4.4 风电接纳能力分析47-50
• 2.5 "三北"地区热电厂参与风电调峰的关键问题50-52
• 2.5.1 热电参与调峰的经济激励问题50-51
• 2.5.2 热电参与调峰的技术路线问题51-52
• 2.6 本章小结52-53
• 3 风电参与的非常规调峰服务市场交易理论研究53-62
• 3.1 当前机制的调峰激励性分析53-55
• 3.1.1 上网电价制度的调峰激励分析53-54
• 3.1.2 调峰管理机制的调峰激励分析54-55
• 3.2 具有调峰激励的定价机制55-56
• 3.2.1 具有峰谷电价差的电量电价制度55
• 3.2.2 "标杆电价+市场化的调峰服务电价"机制55-56
• 3.3 风电参与的非常规调峰辅助服务市场交易框架56-61
• 3.3.1 风电场弃风机理分析56-57
• 3.3.2 非常规调峰服务市场交易基本构想57-58
• 3.3.3 非常规调峰服务市场基本交易框架58-59
• 3.3.4 核心问题分析59-61
• 3.4 本章小结61-62
• 4 水电—风电日间联合调峰运行策略研究62-77
• 4.1 风电日间波动性对火电开停机的影响62-65
• 4.1.1 风电日间波动性62-63
• 4.1.2 风电日间波动性对等效负荷的影响63
• 4.1.3 风电日间波动性对火电开停机的影响63-65
• 4.2 水电—风电日间联合调峰运行策略原理65-68
• 4.2.1 水电与风电的互补性65-66
• 4.2.2 联合调峰运行的基本原理66-67
• 4.2.3 联合调峰运行的效益分析67-68
• 4.2.4 联合调峰运行的风险及关键因素68
• 4.3 联合调峰运行决策框架68-71
• 4.3.1 理想条件下的联合调峰运行决策68-69
• 4.3.2 实际运行环境下的联合调峰运行决策框架69-71
• 4.4 算例分析71-76
• 4.4.1 理想条件下的联合调峰运行分析72-73
• 4.4.2 实际运行环境下的联合调峰运行分析73-76
• 4.5 本章小结76-77
• 5 大规模风电并网条件下低频减载方案研究77-91
• 5.1 低频减载的基本概念77-83
• 5.1.1 频率崩溃的危害77-78
• 5.1.2 低频减载的作用78
• 5.1.3 低频减载方案的整定要求78-79
• 5.1.4 低频减载方案的整定原则79-81
• 5.1.5 低频减载方案整定方法的分类81-83
• 5.2 大规模风电并网对低频减载方案整定的影响83-84
• 5.2.1 风电出力的波动性对低频减载方案的影响83
• 5.2.2 风电机组的低频保护对低频减载方案的影响83-84
• 5.3 校核低频减载方案的系统模型84-86
• 5.3.1 校核UFLS方案的多机单负荷模型84-85
• 5.3.2 风电机组对系统模型的影响85-86
• 5.4 大规模风电并网后的低频减载方案设计86-87
• 5.5 仿真及分析87-90
• 5.5.1 初始方案88-89
• 5.5.2 改进方案89-90
• 5.6 本章小结90-91
• 结论91-93
• 创新点摘要93-94
• 参考文献94-104
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况104-105
• 致谢105-106
• 作者简介106-107

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