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区域小水电、分散式风电研究现状及发展趋势

2015-02-11谢金芝黄云虹王绍坤

通信电源技术 2015年6期
关键词:分散式小水电出力

谢金芝,黄云虹,王绍坤

(1.三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;2.国网河南省电力公司安阳供电公司,河南 安阳455006)

0 引 言

随着社会经济的发展和进步,能源的消耗也迅猛增长。化石燃料作为主要能源,它的急剧消耗引起了能源危机、环境污染等许多问题。发展可再生能源已经成为社会的共识。分散式风电、小水电是可再生能源今后发展的重点。根据“十二五”规划,到2015年,全国风电规划装机9 000万千瓦,目前除了国家已规划的大规模、集中式、接入电网8个千万级风机基地外,分散式风电开始得到政策上的重视。2011年底,国家能源局下发《分散式接入风电项目开发建设指导意见》,明确了分散式接入风电项目的定义、接入电压等级、项目规模、核准审批等。未来我国将不再一味发展大型风电基地,也将鼓励风电的分散式开发,鼓励通过先试点示范、再综合规划的方式,逐步扩大分散式接入的开发规模。2012年我国首次核准18个分散式风电接入项目,具有极强的典型示范意义。与此同时,“十二五”规划按照安全、经济、绿色、和谐的规划原则,统筹未来十年和长远发展战略以及各种电源结构的经济性,提出了优先开发水电,因地制宜发展分布式发电的方针。

在现阶段,小水电包括装机容量在25 MW及以下的水电站和相关的地方供电网。由于小水电容量较小,因此克服河流水量季节性变化的能力差,在降水季节性变化大的地区,小水电的出力波动性大。分散式接入风电指风电场位于负荷中心周围,所产生的电能不会被大规模远距离输送,而是就近接入当地电力系统110 k V或66 k V以下的降压变压器消纳,其装机容量一般小于50 MW[1]。风电具有波动性、随机性,会对电力系统的稳定性造成冲击,分散式风电由于规模较小,对电网稳定性的冲击虽然比大型风电场小,但仍不可忽视。

1 国内外研究现状

1.1 风电功率预测

风电功率预测是电力系统调度和控制的基础,它影响着电力系统运行的安全性和经济性。早在20世纪90年代,就有关于风功率预测误差对风电场及电力系统运行经济性影响的研究[2]。目前关于风电场功率预测的研究很多:文献[3]采用分级的思想,根据风电出力预测置信度水平的高低将风电预测功率分为基荷出力、次级出力及高频出力三个分量,然后以分级结果和相关可靠性要求辅助决策电网优化调度,从而减少风电功率预测误差对调度结果的影响。文献[4]则在风速预测的基础上,将随机规划理论中的机会约束规划应用到含风电的电力系统动态经济调度中,从而建立随机模型。文献[5]建立了风电-水电联合优化运行的线性规划模型,并指出了水电可以为风电提供容量支持以及风电可以为水电提供电量支持的风电、水电互补特性。文献[6]分别采用点预测、区间预测和分位点预测的方法描述风电预测出力,并在此基础上设计优化调度运行模型,从而使调度运行方案的鲁棒性得到提高。文献[7]根据风电功率预测数据和负荷预测数据滚动计算风电场有功出力的安全区域,为使风电场安排其风电有功出力在安全范围内提供辅助决策依据。文献[8]在大规模风电并网电力系统经济调度环境下,以BP-ANN为基础建立风电短期出力预测模型并对未来的预测误差进行预测,从而达到减少预测误差的目的,但是其误差修正方法有待进一步完善。文献[9]将风电功率与“误差带”的预测纳入调度计划的制定中,设计考虑风电预测误差的日前和日内调度计划渐进优化模型,并以最新的预测信息为依据对已制定的调度计划进行实时调整。

1.2 含风电、水电的机组组合问题

针对机组组合问题的求解,分为计及网络安全约束和不计及网络安全约束两种。

不考虑网络安全约束的机组组合问题的建模求解方法目前包括优先级表法、动态规划法、分支定界法等:(1)优先级表法,文献[10]将启发式的方法应用到单时段机组排列顺序和时段间制约关系的处理中,使优先级表法的有效性得到了提高,文献[11]将优先级表法和粒子群优化算法(PSO)结合起来,并将其应用到机组组合求解问题中,使计算结果克服了局部最优的问题;(2)动态规划法,文献[12]采用动态规划法,根据给定的负荷水平,综合考虑机组的利用程度,联合机组传统经济评价指标,进行机组组合问题的求解,并取得了较好的效果,文献[13]提出了一种基于有限顺序法的动态规划方法,该方法计算速度快,但它只适用于小型机组,对于中、大型机组的系统,其计算结果不理想;(3)分支定界法,分支定界方法是一种搜索与迭代的方法,选择不同的分支变量和子问题进行分支,文献[14、15]中采用分支定界法对机组组合问题进行计算,但实际电力系统中,机组数量较多,采用分支定界法不但会造成计算量过大,并且可能需要对相关问题进行一定的简化和分解,这对该方法在实际环境下的应用造成了一定的困难。

考虑网络安全约束的机组组合问题的求解方法如增广拉格朗日松弛法。文献[16]将传输功率约束直接采用松弛法求解,但该方法的计算时间会随着电力系统输电元件的增多而迅速增长。因此,以传统的拉格朗日松弛法为基础,在目标函数上增加供电与负荷平衡约束的二次惩罚项,从而使得目标函数的凸性增加,然后利用辅助问题原理使二次惩罚项线性化,使之成为单机可分解的形式,即增广拉格朗日松弛法。由于机组组合问题中存在离散变量,且不是严格凸的问题,对偶问题获得的机组组合结果不一定在可行域范围内,因此还需要对计算结果进行分析和处理,才能得到满足网络安全约束条件的机组组合方案[17、18]。文献[19]将支路潮流约束、静态电压稳定约束以及暂态稳定约束纳入到机组组合问题中,设计了一种同时考虑系统运行经济性和安全性的多目标机组组合模型。

2 区域小水电、分散式风电发展趋势

2.1 提高风电出力预测精度

由于风电原动力是随机、间歇、不可控的,而且风电场地理位置、环境不同导致风切变不同,目前关于风电出力预测的研究虽然很多,但风电出力的预测准确度一直不高。而风电优化调度的前提在于高精度的风电出力预测,因此今后应该着重开展关于风电出力预测的研究。

2.2 联合运行

分散式风电出力波动对电网的冲击虽然比大型风电场小,但仍不可忽视,对其合理的调度可以提高电力系统运行的稳定性和经济性。区域小水电具有一定的库容,可以平抑水库短期来水不均的影响,而且,水电机组启停机时间短、运行灵活,因此可以利用水电机组的运行特性平抑风电出力的短期波动、减少弃风。区域小水电由于库容较小,在降水季节性变化大的地区,其出力季节性波动大,但风电出力季节性变化较小,因此可以利用风电在枯水季节为水电提供电量支持。综上所述,可以采用区域小水电-分散式风电联合调度的方法,利用水电的容量特性,平抑风电的短期波动,利用风电长期变化小的特性,为水电提供电量支持。由于分散式风电和区域小水电有自己的运行特性,因此今后可以借鉴关于大型风电场-水电站联合优化运行研究的经验,开展关于区域小水电-分散式风电的联合优化调度研究。

3 结束语

分散式风电、小水电是可再生能源今后发展的重点。目前已经进行了很多关于大型风电、常规水电站优化调度的研究,分散式风电、区域小水电与大型风电、常规水电有一定的相似性,但也有其特有的运行特性,比如区域小水电出力不可连续调节、每天可用发电量较小、一般启停机次数不超过3次等。因此可以借鉴关于大型风电、常规水电站优化运行研究的经验开展区域小水电、分散式风电优化运行的研究。本文介绍了风电、水电优化运行的研究现状并分析了今后该领域的发展方向。优化分散式风电、区域小水电运行方式,提高风电预测精度可减少弃水弃风,减小风电、水电的功率波动,减少火电机组启停次数,使火电在高效、平稳的状态下运行,减少其低出力运行时间,从而提高火电机组运行效率,减少机组启停费用,并延长火电机组的运行寿命,对提高电力系统运行经济性、节能减排具有重要意义。

[1]孙立成,赵志强,王新刚,常喜强.分散式风电接入对地区电网运行影响的研究[J].四川电力技术,2013,26(02):73-76.

[2]S.J.Watson,L.Landberg,J.A.Halliday.Application of wind speed forecasting to the integration of wind energy into a large scale power system.IEE TransmDistrib,1994,141(4):357-362.

[3]王成福.风电场并入电网的调控理论研究[D].济南:山东大学,2012.

[4]孙元章,吴 俊,李国杰,何 剑.基于风速预测和随机规划的含风电场电力系统动态经济调度[J].中国电机工程学报,2009,29(4):41-47.

[5]孙春顺,王耀南,李欣然.水电-风电系统联合运行研究[J].太阳能学报,2009,29(02):232-236.

[6]王彩霞,鲁宗相.风电功率预测信息在日前机组组合中的应用[J].电力系统自动化,2011,35(7):13-18.

[7]郑太一,冯利民,王绍然,王泽一,付小标.一种计及电网安全约束的风电优化调度方法[J].电力系统自动化,2010,34(15):71-75.

[8]袁铁江,晃 勤,李义岩,吐尔逊.伊不拉音.大规模风电并网电力系统经济调度中风电场出力的短期预测模型[J].中国电机工程学报,2010,30(13):23-27.

[9]王洪涛,何成明,房光华,傅 磊.计及风电预测误差带的调度计划渐进优化模型[J].电力电力系统自动化,2011,35(22):131-135.

[10]Senjyu T,Shimabukuro K,Uezato K,et al.A fast technique for unit commitment problem by extended priority list[J].IEEE Trans on Power Systems,2003,18(2):882-888.

[11]李小明.基于优先级表法的电源规划研究及软件开发[D].武汉:华中科技大学,2006.

[12]Lee F N.The application of commitment utilization factor(CUF)to the thermal unit commitment[J].IEEE Trans on Power systems,1991,6(2):691-698.

[13]任 垚,张小青.基于改进动态规划法的电力系统机组组合问题研究[J].自动化技术与应用,2010,28(05):6-8+12.

[14]Lauer G S,Sandell Jr N R,Bertsekas N R,et al.Solution of large scale optimal unit commitment problems[J].IEEE Trans on power apparatus,1982,PAS-101(1):79-96.

[15]Cohen A I,Yoshimura M.A branch and bound algorithm for unit commitment[J].IEEE Trans on Power Apparatus and Systems,1983,PAS-102(2):444-451.

[16]Ruzic S,Rajakovic N.A new approach for solving extended unit commitment problem[J].IEEE Trans on Power Systems,1991,6(1):269-277.

[17]Tseng C L,Oren SS,Chen C S,el al.A transmissionconstrained unit commitment method[J].Proceedings of the thirty-first Hawaii International Conference on System Sciences,1998,3(6):6-9.

[18]Tseng C L,Guan X H,Svoboda A J.Multi-area unit commitment for large-scale power systems[J].IEEE Proceedings-Generation,Transmission and Distribution,1998,145(4):415-421.

[19]余贻鑫,秦 超.基于安全域的安全约束机组组合[J].中国科学:技术科学,2013,24(12):1346-1358.

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