针对大规模风电并网对电网带来的网损增加问题,本文以大规模风电基地建有高载能负荷为研究背景,对高载能负荷跟踪风电波动进行调节对电网降损的影响机理进行了深入研究。在此基础上,对高载能负荷调节特性进行了分析,提出了高载能负荷跟踪风电波动进行调节的降损控制策略。最后,以大规模风电接入的甘肃河西电网为例,仿真验证了策略的有效性。 In light of the problem of network loss increase brought by large-scale wind power integration, this paper is based on the large-scale wind power base with high-energy loads, and conducts further research on influence mechanisms of high-energy loads involved in adjustment section by tracking wind power fluctuations on network power loss. Based on these, we analyze the regulation characteristics of high-energy load, and propose network loss reduction control strategies with high-energy load involved in the adjustment section by tracking wind power fluctuations. Finally, with Hexi grid containing large-scale wind power as the background, we verify the effectiveness of the strategies by simulation.
姚春晓1,刘文颖1,张雨薇1,刘福潮2,郑晶晶2
1华北电力大学电气与电子工程学院,北京
2国网甘肃省电力公司电力科学研究院,青海 兰州
收稿日期:2017年4月13日;录用日期:2017年4月27日;发布日期:2017年4月30日
针对大规模风电并网对电网带来的网损增加问题,本文以大规模风电基地建有高载能负荷为研究背景,对高载能负荷跟踪风电波动进行调节对电网降损的影响机理进行了深入研究。在此基础上,对高载能负荷调节特性进行了分析,提出了高载能负荷跟踪风电波动进行调节的降损控制策略。最后,以大规模风电接入的甘肃河西电网为例,仿真验证了策略的有效性。
关键词 :大规模风电,高载能负荷,降损影响机理,控制策略
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随着我国大规模风电的并网,风电远距离输送和常规能源逆向调峰带来的网损激增问题日益凸显。而在大规模风电基地附近接入电网的高载能负荷具有良好的调节特性,若跟踪风电进行调节,可就地消纳风电,将对电网的降损起到非常可观的效果 [
目前国内外在风电并网带来的网损影响及降损措施方面进行了一定的研究。其中,文献 [
本文对高载能负荷调节对电网降损的综合作用机理进行了分析,研究了高载能负荷的调节特性,提出了高载能负荷参与调节的降损控制策略。在理论分析的基础上,结合大规模风电接入的甘肃河西地区电网运行实例进行仿真,验证了降损控制策略的有效性。
风电出力具有明显的波动性 [
在我国,大规模风电基地大多距负荷中心较远,风电需要进行远距离输送,从而增大了途径电网的
图1. 典型日风电出力波动曲线
图2. 风电出力与网损的关系图
网损 [
如图3所示,线路1-2-3为750 KV远距离输电线路,线路两端分别连接区域电网和负荷中心,流经线路1-2、2-3段的功率分别为
根据网损计算公式
图3. 高载能负荷与大规模风电接入的电网简化接线示意图
考虑到线路损耗远小于线路输送功率,故忽略线损对流经线路功率的影响,得到图中系统总的网损为:
其中,
其中,
风电大发时
此时风电有功功率增大
若高载能负荷参与降损调节,为保证功率平衡,需满足
系统总网损变化量为
由于风电大发时,
风电小发时,
若高载能负荷参与调节,为保证功率平衡,需满足
将式(9)与式(10)作差,得系统总网损变化量为
由于
综上所述,高载能负荷响应风电变化进行调节,对电网降损将产生显著效果;风电大发情况下,上调高载能负荷用电功率,减少风电远距离输送功率,可以有效降低网损;风电小发情况下,下调高载能负荷用电功率,减少常规能源远距离逆向调峰输送功率,也可有效降低电网的总有功损耗。
高载能负荷是指生产过程中包含高耗能环节的一类特殊用电负荷,根据高载能行业初步调研结果,高载能负荷具有不同程度的可离散调节和可连续调节的特性 [
(1) 具有可离散调节特性的电解铝负荷
电解铝负荷可以通过改变槽电压的方法调节负荷功率,且此方式除了影响产量外,对产品质量和生产安全均无影响,具有可行性 [
根据电解铝负荷的性质,电解铝负荷进行第k次调节前后的特性曲线如图4所示,则电解铝负荷在t时段的用电负荷
其中,
其中,
(2) 具有可连续调节特性的铁合金负荷
铁合金负荷中主要包括冶炼炉及相关辅助设备。铁合金采用按炉生产的方式,因此可通过调节每炉的产量及生产时间来调整其用电负荷。根据现有的调研报告,铁合金负荷在一定范围内具有可连续调节特性,可连续调节容量的上限可达到负荷额定容量的105%,其出力主要受可调节容量上下限约束和爬坡率约束。
由于电解铝负荷有调节持续时间约束,不能连续调节,而铁合金负荷具有连续调节特性,所以降损控制策略采取优先调节电解铝负荷,之后调节铁合金负荷,最后再调节常规能源的模式。当风电大发时,高载能负荷进行响应调节增加用电功率,风电小发时,高载能负荷减少用电功率,以达到降损目的。高载能负荷参与调节的降损控制策略的流程图如图5所示。
具体步骤为:
图4. 电解铝负荷特性曲线
图5. 降损控制策略流程图
步骤1:根据风电预测曲线和设定的门槛值判断风电大小。
步骤2:风电大(小)发时,根据电解铝负荷调节容量约束及调节持续时间约束,判断电解铝负荷是否可调节,若可调节则上(下)调电解铝负荷,反之,则不调节。
步骤3:根据铁合金负荷调节容量上下限约束,判断其是否可调节,若是,风电大(小)发时上(下)调铁合金负荷,反之则不调节。
步骤4:调节常规电源出力。
步骤5:电网安全校核,若校核满足要求,进行步骤5,反之,返回步骤2。
步骤6:计算得到高载能负荷参与调节后的网损量。
河西电网位于甘肃西部的河西走廊,是典型的链式远距离输电网络,其电网结构如图6。图中可见,河西电网中大规模风电集中在敦煌和酒泉地区,高载能负荷集中在酒泉地区接入电网,电气距离较近。
仿真的风电出力依据河西地区典型日的风电出力曲线,如图7所示,风电最大出力达到3300 MW,最低出力为500 MW。高载能负荷的基本调节信息如表1所示。
为验证降损控制策略的有效性,比较“无策略”与“有策略”两种情况下河西地区网损率的变化。“无策略”时,高载能负荷不参与调节,电解铝负荷日内功率保持650 MW不变,铁合金负荷日内保持功率92 MW不变。“有策略”时,根据上述降损控制策略,风电大发(功率大于600 MW),上调高载能负荷,风电小发(小于600 MW)时,下调高载能负荷,得到电解铝负荷日投入容量变化曲线如图8所示,铁合金负荷调节情况如图9所示。
以小时为单位进行潮流计算,得到日24个时间点的网损量,计算得到“无策略”与“有策略”时甘肃网损情况,如表2所示。
图6. 河西电网接线图
图7. 典型日风电预测出力曲线
负荷类型 | 接入系统电压等级 | 额定功率 | 可调节范围 | 最短持续运行时间 | 超额定功率运行可持续时间 |
---|---|---|---|---|---|
电解铝 | 330 kv | 700 MW | 630~735 MW | 4小时 | 8小时 |
铁合金 | 330 kv | 92 MW | 74~105 MW | 无 | 8小时 |
表1. 标准试验系统结果数据
风电出力情况 | 无策略网损值(MW·h) | 采取降损策略网损值(MW∙h) | 降损值(MW∙h) | 网损降低幅度(%) |
---|---|---|---|---|
风电大发(19小时) | 6501.23 | 6386.28 | 114.95 | 1.76 |
风电小发(5小时) | 1607.25 | 1591.6 | 15.65 | 0.74 |
总计 | 8108.48 | 7977.88 | 130.6 | 1.6 |
表2. 采取降损策略前后甘肃网损情况对比
图8. 电解铝负荷投入容量曲线
图9. 铁合金负荷调节曲线
根据仿真结果,与“无策略”相比,实施高载能负荷参与调节的降损控制策略后,在风电大发场景下电网有功损耗降低1.76%,风电小发场景下电网有功损耗降低0.74%,平均降低幅度达到了1.6%,验证了降损策略的有效性。
本文以大规模风电基地建有高载能负荷为研究背景,对高载能负荷跟踪风电波动进行调节对电网降损的影响机理进行了研究。在此基础上,对高载能负荷离散和连续两种调节特性进行了分析,提出了高载能负荷基于风电波动进行调节的降损控制策略。最后,仿真证明在风电大发和小发的场景下,控制策略的实施能分别使电网有功网损降低1.76%和0.74%,验证了策略的有效性。
国家自然科学基金面上项目(51377053);国家科技支撑计划(2015BAA01B04);国家电网公司项目(52272214002C)。
姚春晓,刘文颖,张雨薇,刘福潮,郑晶晶. 高载能负荷跟踪风电波动进行调节对电网降损的作用机理Influence Mechanisms of High-Energy Load Regulation by Tracking Wind Power Fluctuations on Network Loss Reduction[J]. 智能电网, 2017, 07(02): 132-141. http://dx.doi.org/10.12677/SG.2017.72015