[发明专利]电力系统需要风电场提供一次调频备用容量分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统需要风电场提供一次调频备用容量分析方法。

背景技术

近年来，在全球范围内煤炭、石油等传统化石能源正日趋枯竭，气候变暖、环境污染等问题日趋严重。在此背景下以风能和太阳能为代表的可再生一次能源越来越受到人类的重视，并得到了快速的发展，其中风力发电技术发展最为迅速。

风电渗透率的不断增高，给传统电力系统的安全稳定运行带来了很多前所未有的挑战。与传统火电机组不同，当前主流风力发电机组为变速风力发电机组，转速与电力系统频率解耦，不具备惯性响应及辅助调频能力，大规模风电接入替代了部分传统电源，减小了整个电力系统的惯性，削弱了电力系统的频率调节能力，对电力系统的安全稳定运行构成严重威胁。有必要要求风电场具有参与电力系统频率调节的能力，为此分析电力系统需要风电场提供一次调频备用容量具有重要意义。

发明内容

为了解决分析电力系统需要风电场提供一次调频备用容量过程中所遇到的问题，提供一种能够适应电力系统中的负荷及风电功率均随着时间的变化而变化，提高不同时刻电力系统的风电功率渗透率，科学合理，应用效果佳的电力系统需要风电场提供一次调频备用容量分析方法。

解决其技术问题采用的方案是：一种电力系统需要风电场提供一次调频备用容量分析方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)风电功率渗透率定义

风电功率渗透率是指电力系统中各时刻风电功率的渗透水平，将电力系统中实时的风电功率与负荷的比值定义为风电功率渗透率(Wind Penetration Level)：

WPL(t)＝P_w(t)/P_L(t)(1)

式中WPL(t)为电力系统t时刻的风电功率渗透率，P_w(t)和P_L(t)分别表示电力系统中t时刻的风电功率和负荷；

2)电力系统惯性时间常数及调差系数整定

当电力系统发生功率波动时，电力系统的惯性时间常数决定了电力系统的瞬时频率变化率；发电机组惯性时间常数H/(MVA·s)/MVA与发电机额定装机容量成反比；整个电力系统惯性时间常数H_sys与单台发电机装机容量的关系：

式中n为电力系统中发电机组的台数，H_i、S_i分别为第i台发电机组的惯性时间常数及装机容量；

设某一系统中所有的发电机组具有相同的容量S，系统中有m台同步发电机组且每台发电机组具有相同的惯性时间常数H，其余发电机组不具备惯性响应能力，则其惯性时间常数为0，则该电力系统的惯性时间常数H_sys为：

电力系统的调差系数σ_G％与单机调差系数σ％的关系为：

式(4)中σ_G％为电力系统的调差系数、σ％为单机调差系数，n为系统中发电机的总台数，m为参加电力系统一次调频的发电机台数；

3)需要风电场提供一次调频备用时段的确定

电力系统中的负荷及风电功率都随着时间的变化而变化，因此不同时刻电力系统的风电渗透率不同，所以不同时刻对应电力系统的频率响应能力就不同，电力系统对风电场一次调频备用需求也在不断变化，对于部分调度周期需要风电场提供一次调频备用，满足电力系统频率要求的风电渗透率极限和负荷的关系为：

由式(5)可以得出发生功率脱落并且频率跌落至最低值时任意负荷对应的风电渗透率的限值WPL_lim，并能够判断任意时刻的负荷场景下是否需要风电场提供一次调频备用，判断方法为：基于实时风电功率及负荷数据，计算任意时刻t的风电渗透率WPL(t)，若该时刻对应的风电渗透率限值WPL_lim(t)<WPL(t)，此调度时段需要风电场为电力系统提供一次调频备用，反之则不需要；

4)风电并网对电力系统调频影响

电力系统根据风电功率大小，启停部分传统发电机组，停机的原则为：风电功率的50％替代了具有不具备一次调频能力的部分传统发电单元，其余的50％替代了具有一次调频能力的部分发电单元，结合步骤2)的仿真参数整定方法，确定含有风电的电力系统的仿真参数，仿真分析不同风电渗透率下的电力系统的一次调频特性；

5)电力系统需要风电场提供一次调频备用容量分析