计及天气影响的风电接入系统运行风险评估

近年来,几起大停电事故引发社会对电力系统安全运行的高度关注,如何评估系统运行中面临的各种外部环境及内部参数等因素对系统风险的影响,对电网风险防御具有重要意义。随着全球气候的变化,极端气象事件频发,恶劣天气易导致杆塔倒塌、线路断线、短路等问题从而诱发系统事故。随着我国大规模风电的开发与应用,风电的波动性给风电接入带来了一系列的难题,加剧了系统风险隐患。因此,本文研究天气条件以及大规模风电波动对系统运行风险的影响。 首先,建立了反映电力系统实时运行条件和外部环境的元件综合停运模型。在发电侧建立发电机时变停运模型,在输电侧建立输电线天气相依和过负荷保护的综合时变停运模型。采用两状态天气模型描述线路故障率的天气相依性。建立直流潮流最优负荷削减模型进行事故模拟及分析。从系统级和元件级两个层面计算风险指标。 其次,进行风电场出力特性分析与建模。对华北电网及美国多个风电场的海量监测数据,采用多时空尺度数据挖掘技术,对风电的随机性、波动性和相关性展开详细的统计分析。统计发现风电功率波动与时间和风速具有相关特征,据此提出了风电功率的条件波动指标,确定其联合条件概率分布,从而根据不同的实时运行条件进行波动值随机抽样。基于条件波动指标建立了风电场出力的波动模型,该模型从功率波动角度反映了风电功率未来可能偏离预测值的程度。 随后,提出了风电功率波动风险指标,从系统侧评估风电场功率波动对运行风险的贡献程度。风电功率波动风险是在考虑发电机组和输电线路的随机停运的系统状态下,由于风电功率波动偏离计划值后常规机组爬坡能力不足造成的弃风或失负荷风险。风电功率的正向波动会带来弃风风险,风电功率的负向波动会带来失负荷风险,风险值的大小与风电功率波动值、常规机组爬坡率和出力边界有关。该指标为运行人员平衡风场接入的风险与收益,制定调度计划具有重要意义。 最后,采用RTS系统和山东威海电网算例对上述模型进行验证,结果表明恶劣天气会加剧系统风险水平。受网络约束的影响,不同元件即使处于相同的天气状况其风险值也不同。风电功率正向波动给系统带来弃风风险,风电功率负向波动给系统带来失负荷风险。通过分析机组进行再调度和按计划出力两种情况下的风电功率波动风险的异同,对运行人员依据风险预测值更新发电计划、平衡系统风险与收益以及提高电网运行的经济性与安全性具有重要意义。