大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險預(yù)警與協(xié)調(diào)防御

本項(xiàng)目以我國大規(guī)模風(fēng)電開發(fā)與集中接入電力系統(tǒng)為背景，結(jié)合國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展過程中出現(xiàn)的問題，分析了風(fēng)電場大范圍出力集中爬坡等高風(fēng)險事件的產(chǎn)生機(jī)理、特征及其影響因素，開展了基于高風(fēng)險事件預(yù)測的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險預(yù)警以及基于調(diào)度與控制的協(xié)調(diào)防御理論研究。在對風(fēng)電場爬坡事件的發(fā)生和發(fā)展動態(tài)演化過程研究中，考慮了極端氣候造成的驅(qū)動能量隨機(jī)性及其實(shí)際作用在風(fēng)電機(jī)組上的風(fēng)能時間尺度、空間尺度的波動特性，以極端冰雪天氣為例，在現(xiàn)有風(fēng)電場發(fā)電模型的基礎(chǔ)上，對風(fēng)電場短時間尺度內(nèi)的出力進(jìn)行了模擬，為風(fēng)電場高風(fēng)險爬坡事件的預(yù)測提供參考。在大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險評估與預(yù)警技術(shù)研究上，提出了采用基于“時頻”變換方法的風(fēng)電功率波動性模型，建立了風(fēng)電功率波動風(fēng)險指標(biāo)體系，計及天氣因素從系統(tǒng)側(cè)評估風(fēng)電場功率波動對運(yùn)行風(fēng)險的貢獻(xiàn)程度；通過對常規(guī)機(jī)組可能停運(yùn)時刻和對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)分別進(jìn)行抽樣，考慮了爬坡事件與常規(guī)機(jī)組停運(yùn)之間的時序關(guān)系對評估結(jié)果的影響；為便于調(diào)度人員根據(jù)風(fēng)險可接受程度采取相應(yīng)預(yù)防控制措施，在考慮爬坡事件與常規(guī)機(jī)組停運(yùn)之間時序關(guān)系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用前景理論的概率修正方法，提出了一種適用于風(fēng)電功率高風(fēng)險爬坡事件的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險評估模型。在應(yīng)對大規(guī)模高集中風(fēng)電場高風(fēng)險爬坡事件的多時空尺度協(xié)調(diào)防御的研究上，建立了應(yīng)對大規(guī)模高集中風(fēng)電爬坡的有限度控制方法體系框架；提出了一種基于競爭博弈的風(fēng)電爬坡協(xié)同控制策略；提出了基于信息差距決策理論(IGDT)魯棒模型的風(fēng)電爬坡事件協(xié)調(diào)調(diào)度決策方法；建立了多時間尺度下應(yīng)對風(fēng)電爬坡事件的備用決策方案；進(jìn)而多角度研究了提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)保障技術(shù)，使預(yù)防控制、緊急控制、校正控制和恢復(fù)控制能更有效地協(xié)調(diào)處置高風(fēng)險爬坡事件等極端條件下的運(yùn)行場景，建立了適應(yīng)多時空、多目標(biāo)、全工況的大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的安全防御理論體系。 2100433B

國外風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)過的風(fēng)電出力高風(fēng)險爬坡事件曾給電網(wǎng)造成過很大損失。在我國大規(guī)模高集中風(fēng)電接入系統(tǒng)的背景下安全問題更加嚴(yán)峻，高風(fēng)險爬坡事件呈現(xiàn)出難建模、難預(yù)測、難防范的顯著特點(diǎn)。本課題在時間序列數(shù)據(jù)分析、風(fēng)場局地氣候與風(fēng)機(jī)地理布局以及風(fēng)機(jī)功率限制與狀態(tài)切換三個層面上逐層深入研究極端氣候條件下風(fēng)電場功率波動特性的建模和仿真，消除了傳統(tǒng)風(fēng)場模型在極端事件下的不適用性。提出綜合運(yùn)用高精度數(shù)值天氣預(yù)報、概率統(tǒng)計以及智能模式識別技術(shù)，建立高風(fēng)險爬坡事件智能在線滾動預(yù)測模型，通過長過程仿真計算，給出計及風(fēng)電預(yù)測誤差的運(yùn)行風(fēng)險概率，對大規(guī)模風(fēng)電接入運(yùn)行風(fēng)險進(jìn)行評估與預(yù)警。協(xié)調(diào)防御體系的優(yōu)化機(jī)制方面，在空間域利用分解協(xié)調(diào)的理念將優(yōu)化問題分解為主-從迭代問題，在時間線上采用時序遞進(jìn)、滾動協(xié)調(diào)方式通過邊界約束實(shí)現(xiàn)滾動計劃與既定計劃的協(xié)調(diào)，建立適應(yīng)多時空、多目標(biāo)、全工況的協(xié)調(diào)防御體系。

《風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》可作為研究生及從事風(fēng)電技術(shù)和其他可再生能源發(fā)電技術(shù)研究人員的參考用書。書中主要內(nèi)容是作者的觀點(diǎn)和研究結(jié)果，所得到的結(jié)論僅供讀者參考。大型風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行在我國已經(jīng)開始邁出快速發(fā)展的步伐，風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行及風(fēng)電場維護(hù)問題已經(jīng)被風(fēng)電領(lǐng)域的研究者們所關(guān)注?！讹L(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》嘗試從風(fēng)電機(jī)組建模、風(fēng)電場建模、風(fēng)電場并網(wǎng)控制、風(fēng)電場并網(wǎng)后引起的電能質(zhì)量、風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性及風(fēng)電場運(yùn)行內(nèi)部相關(guān)要求等方面研究和探討風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行所涉及的問題；從風(fēng)電機(jī)組故障診斷和風(fēng)電場監(jiān)控與常規(guī)維護(hù)兩方面對風(fēng)電機(jī)組或風(fēng)電場非正常運(yùn)行時的問題進(jìn)行分析和探討，并根據(jù)研究結(jié)果，在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)方面給出一些建議?！讹L(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)》最后一章簡單探討了風(fēng)光互補(bǔ)與風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電內(nèi)容。

由于我國電網(wǎng)規(guī)模龐大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各風(fēng)電基地與電網(wǎng)相連接的方式也不盡相同，風(fēng)電機(jī)組類型多樣、控制參數(shù)各異，多種電力電子裝置接入，導(dǎo)致西北和華北地區(qū)振蕩機(jī)理亦不同。因此，大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步振蕩的產(chǎn)生機(jī)理、振蕩特性、影響因素、抑制策略等函待深入研究。未來的研究方向可從以下幾方面進(jìn)行。

1}無串聯(lián)補(bǔ)償?shù)囊灾彬?qū)風(fēng)電機(jī)組為主的大型風(fēng)電場次同步振蕩問題。目前針對接入弱交流系統(tǒng)下以直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組為主的風(fēng)電場的次同步振蕩問題研究較少，其振蕩發(fā)生機(jī)理與特性較為復(fù)雜，參與因子較多，函需開展研究。

2 ) FACTS裝置(靜止無功補(bǔ)償器SVC、靜止無功發(fā)生器SVG等)、VSC-HVDC等電力電子裝置對風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩特性的影響需要進(jìn)一步的深化研究。

3)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的異構(gòu)型多機(jī)次同步振蕩問題分析?，F(xiàn)有針對風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)問題的研究大多以單機(jī)無窮大系統(tǒng)為背景，多機(jī)系統(tǒng)僅考慮了相同控制參數(shù)、同種類型風(fēng)電機(jī)組的情況，未考慮不同類型、不同控制參數(shù)風(fēng)電機(jī)組間的相互作用。相應(yīng)的抑制措施同樣未考慮對風(fēng)電機(jī)組種類各異、控制參數(shù)不同而且數(shù)量龐大的大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的適用性。

本書全面介紹了大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)方面的知識及相關(guān)的主要問題，幫助讀者了解風(fēng)電并網(wǎng)的最新研究成果及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，介紹與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的主要電氣、機(jī)械知識，機(jī)械工程師可以學(xué)習(xí)到足夠的電力工程知識，使他們可以理解風(fēng)電場電壓控制和故障穿越問題；而電氣工程師可以從介紹的風(fēng)電機(jī)組空氣動力學(xué)知識中獲益。他們都需要理解電力市場，尤其是風(fēng)電可能如何交易。目前國內(nèi)還沒有像此書這樣綜合性地全面介紹風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)的專著。尤其在我國風(fēng)電迅速發(fā)展，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)已成為一個重大關(guān)注問題的背景下，本書有重要參考價值。

本書適用于風(fēng)力發(fā)電尤其是風(fēng)電并網(wǎng)方面的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用等方面的有關(guān)人員，包括研究、規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)行人員；本書也適用于可再生能源有關(guān)專業(yè)的大學(xué)本科生和研究生，也可用于教學(xué)培訓(xùn)。