[发明专利]考虑风电机组参与电网一次调频的机组组合建模及优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑风电机组参与电网一次调频的机组组合建模及优化方法。针对风电高渗透率电网中因常规机组一次调频能力不足导致系统供需失衡的问题，该方法基于风电机组一次调频控制策略仿真得到其有功出力特性曲线，建立风电调频出力特性简化模型。然后结合风电机组控制策略与同步机转子运动方程，推导出风电参与调频的频率约束条件，其次基于风电备用不确定性合理地增加常规机组的备用容量，建立考虑风电备用不确定性的风火联合参与调频机组组合模型。本发明在兼顾调度安全性和经济性的同时，在机组组合问题中提出一种考虑风电备用不确定性的风电机组参与调频的建模方法，并仿真说明该模型能有效提升系统承受负荷扰动的能力。

技术领域

本发明属于电力系统调度领域，特别涉及一种考虑风电机组参与电网一次调频的机组组合建模及优化方法。

背景技术

机组组合(unit commitment，UC)是指根据未来一定调度周期内(通常是一天或一周)系统负荷预测功率，在满足系统和机组的各类运行约束条件和备用要求下，确定各调度时段机组的出力安排和备用容量，使得在该调度周期内的系统总发电成本(耗量)最低。机组组合是电力系统运行调度的重要决策过程，对保证电力系统的安全、可靠和经济运行具有重要意义。本发明主要以风电参与的机组组合优化模型为研究对象。

随着电力系统中风电渗透率的不断增加，单纯由常规机组承担系统的一次调频任务已经很难满足系统在较大负荷扰动下的调频需求。风电渗透率的提升在增加电网供需失衡风险的同时，也加剧了负荷扰动对电网频率稳定性的影响。因此，在风电高占比电网中研究考虑风机一次调频的机组组合优化模型，对于维持电网频率稳定、提高系统承受负荷扰动的能力具有重要意义。

目前，考虑风电参与的机组组合模型主要考虑风电与火电机组之间的功率协调分配问题，即只考虑到风电机组的发电功能，系统调频任务单纯由常规同步机组承担。这是由于风电本身具有波动性、不确定性和难预测性，使得风电调频也具有不确定性；其次，目前应用广泛的变速风电机组一般采用最大功率点跟踪的控制方式，转子转速和系统频率之间不存在耦合关系，使得风电机组无法像常规同步机组一样响应电网频率变化。

但是进一步地研究发现，通过附加调频控制器，如虚拟惯性控制、下垂控制等，风电机组可以提供与常规同步机组相似的频率支撑。即当系统频率跌落时，风电机组增加有功出力以提供频率支撑。在此基础上可以将风机在一次调频控制策略下的频率响应模型转化为频率约束形式加入到机组组合模型中，以得到高风电占比电网中更为合理的机组出力安排和每调度时段的机组备用容量。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种在风电高占比电网中考虑风电备用不确定性的风电机组参与系统一次调频的机组组合建模与优化方法。通过在机组组合问题中进一步考虑让风机参与一次调频，建立风机在一次调频控制策略下的频率响应模型，将其转化为频率约束形式加入到机组组合模型中，在保证系统调度的安全性和经济性的同时，有效地提升系统承受负荷扰动的能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑风电机组参与电网一次调频的机组组合建模及优化方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立传统含风电的机组组合优化模型；

步骤2，根据风电机组一次调频控制原理，仿真得到风电机组有功出力模型，并对该风电机组有功出力模型进行简化；

步骤3，结合简化后的风电机组有功出力模型与同步发电机转子运动方程，获取机组有功出力与电网频率的数学关系；

步骤4，将所述数学关系转化为频率约束条件，并加入到步骤1的模型中，建立考虑风电机组提供一次调频支撑的机组组合优化模型；

步骤5，通过两阶段大M法将步骤4获得的模型转化为混合整数线性规划MILP模型；

步骤6，基于置信水平的风电预测功率不确定性描述方法，提出风电备用不确定性描述方法，用于描述风电备用误差的数学期望；