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适应大规模风电并网的无功电压协调控制系统研发与工程应用

2016-03-25

针对大规模风电并网带来的电压波动和电压稳定问题,中国电力科学研究院联合华北电力大学、国网新疆电力公司、国网辽宁省电力有限公司,历时四年,深入开展大规模风电并网的无功电压优化控制理论研究,实现了关键技术突破、系统开发和工程应用。该项目先后荣获2015年电力建设科学技术进步一等奖和中国施工企业管理协会科学技术一等奖。

一、项目研发背景

风力发电是当今快速发展的非水电可再生能源,是以清洁能源为主的新一轮能源变革的重要推动力。截至2014年底,我国风电装机容量9581万千瓦,居世界首位。我国规划了8个千万千瓦级的风电基地,各基地并网发电已逾6500万千瓦,形成了我国独有的“规模化开发、集中式接入”的风电并网模式。

由于风电功率具有强波动性,大规模风电集中接入对电网的运行控制带来严峻挑战,风电汇集区域无功电压问题日益突出。如何平抑电压大幅波动、提高电压质量、解决影响风电功率送出的电压稳定问题,已成为制约风电可靠消纳的重要瓶颈。

二、关键技术和创新点

该项目依托国家电网公司系列科技支撑,研发了适应大规模风电并网运行的无功电压协调控制系统。项目取得多项重大技术突破。

1.创建了基于支路电压相量的电压稳定快速评估指标,能够在线准确识别大规模风电汇集区域的电压稳定薄弱环节。

2.基于风功率预测和负荷预测,建立了电压稳定与无功优化的联合优化模型,实现电压稳定裕度与电网网损的协调优化。

3基于电压与无功的灵敏度,构建了电压稳定裕度与电压水平的协调校正模型,以最小的无功调整量实现对电网电压稳定裕度薄弱环节或越限节点电压的校正控制。

4.提出了基于非线性互补的松弛化原对偶内点算法,适用于连续变量和离散变量共存的大规模非线性模型的在线求解,保证了优化计算的成功率和控制策略的全局最优性。

5.提出了基于风功率和负荷变化趋势的电压调节方法,实现了多种无功源协调的主动无功电压控制策略,提高了电压控制合格率,减小了电压波动率。

三、项目成果成效

该项目获得发明专利“一种基于直流潮流模型的支路开断灵敏度计算方法”(专利号:ZL201010517291.3)等9项,发表论文17篇,申请软件著作权3项,出版专著1部,制定企业标准1项。项目成果应用于东北、黑龙江、辽宁、新疆、甘肃、青海等多个网省级电力调度控制中心,有效解决了风电集中接入的无功电压控制问题,支撑了大规模风电功率的可靠送出,改善了电网的电压质量,各地电网降低网损收益约0.92亿元、增加风电功率送出收益约0.51亿元,取得了显著的社会经济效益。

四、发展与展望

为解决传统化石能源导致的资源紧张、环境污染、气候变化等问题,必须大力发展风电等可再生新能源,开辟安全、清洁、高效的能源可持续发展之路。该项目为解决大规模风电并网后的无功电压控制问题提供了示范,项目成果可推广至国内外具有大规模风电接入运行特性的电网,应用前景十分广阔。

项目主要完成单位:中国电力科学研究院

主要完成人:蒲天骄、于汀、王伟、毕天姝、董雷、韩巍、杨占勇、王衡、李时光、王子安、薛安成、罗卫华、范士雄、杨洋、卫泽晨。

项目负责人简介

蒲天骄,教授级高级工程师,中国电力科学研究院电力自动化研究所副所长。长期从事电网调度自动控制、智能电网仿真和主动配电网等领域的科研和管理工作。多次获得省部级科技进步奖,发表SCI/EI论文二十余篇,出版专著1部。