高順剛，褚洪川，高一涵(國(guó)網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116000)

考慮風(fēng)速相關(guān)性的多風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)無功規(guī)劃優(yōu)化研究

高順剛，褚洪川，高一涵
(國(guó)網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116000)

隨著接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)個(gè)數(shù)增加，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后造成的影響越來越大，傳統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化方法未考慮風(fēng)速相關(guān)性，且難以適應(yīng)新的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)風(fēng)速快速變化和風(fēng)速相關(guān)性特點(diǎn)，研究了基于Nataf變換產(chǎn)生不同相關(guān)性風(fēng)速樣本的方法，以電網(wǎng)年凈收益最大為目標(biāo)函數(shù)，建立考慮效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)的無功規(guī)劃優(yōu)化模型，采用改進(jìn)遺傳內(nèi)點(diǎn)算法對(duì)模型進(jìn)行求解，利用實(shí)際的多風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算分析，證明了考慮風(fēng)速相關(guān)性的無功規(guī)劃優(yōu)化的有效性和實(shí)用性。

風(fēng)速相關(guān)性；Nataf變換；效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)電場(chǎng)；無功規(guī)劃

0 引 言

近年來，國(guó)際能源短缺問題日益凸顯，電力電子技術(shù)、電網(wǎng)控制技術(shù)不斷革新，風(fēng)能作為發(fā)展最成熟的可再生清潔能源越來越受到各國(guó)發(fā)電企業(yè)的重視。中國(guó)地域遼闊，風(fēng)能資源較豐富，隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整[1]，風(fēng)能開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的新時(shí)期，越來越多的大中型風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但由于風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性，傳統(tǒng)的無功規(guī)劃方法不再適用于新的電網(wǎng)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)均采用異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要向系統(tǒng)吸收大量無功[2-4]，風(fēng)電場(chǎng)滿出力時(shí)，系統(tǒng)無功嚴(yán)重不足，導(dǎo)致電壓越限，潮流不合理，同時(shí)網(wǎng)損增加。因此，研究含多風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)無功規(guī)劃具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者在無功規(guī)劃優(yōu)化方面做了很多研究，文獻(xiàn)[5]提出了含多風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化模型和算法，基于多場(chǎng)景的理論建立無功優(yōu)化的場(chǎng)景模型，并針對(duì)多場(chǎng)景的潮流計(jì)算提出了一種高效算法；文獻(xiàn)[6]提出利用基于利用拉丁超立方采樣的蒙特卡洛模擬嵌入非支配排序遺傳算法求解多目標(biāo)無功規(guī)劃模型的方法；文獻(xiàn)[7]提出利用隨機(jī)模擬的方法來求解無功容量?jī)?yōu)化的機(jī)會(huì)約束模型；文獻(xiàn)[8]基于無功電壓運(yùn)行特性，對(duì)酒泉風(fēng)電基地接入電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和輸電通道輸送能力進(jìn)行研究，提出了典型情況下電網(wǎng)無功補(bǔ)償配置方案；文獻(xiàn)[9]基于場(chǎng)景概率的分析方法，更準(zhǔn)確地建立了含有風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并利用混合算法進(jìn)行優(yōu)化求解；文獻(xiàn)[10]考慮風(fēng)電機(jī)組輸出功率變化對(duì)電網(wǎng)的影響，采用改進(jìn)遺傳內(nèi)點(diǎn)算法對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)進(jìn)行無功優(yōu)化。雖然上述研究取得了一定理論成果，但均未考慮風(fēng)電場(chǎng)之間的風(fēng)速相關(guān)性，而風(fēng)速相關(guān)性對(duì)于系統(tǒng)的影響不容忽視，因此，在充分考慮各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速相關(guān)性，采用Nataf變換分析相關(guān)性風(fēng)速的產(chǎn)生，提出了結(jié)合效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)的綜合無功規(guī)劃優(yōu)化模型，并利用實(shí)際算例驗(yàn)證了考慮風(fēng)速相關(guān)性下的無功規(guī)劃優(yōu)化結(jié)論的實(shí)用性。

1 相關(guān)性風(fēng)速的Nataf變換

1.1 風(fēng)速概率分布描述

考慮多風(fēng)電場(chǎng)接入的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化，需要充分結(jié)合各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電出力波動(dòng)性，風(fēng)電功率與風(fēng)速有直接關(guān)系，通常各風(fēng)電場(chǎng)的年平均風(fēng)速的概率密度函數(shù)f(v,c,k)和累積分布函數(shù)F(c,k)可以用Weibull函數(shù)[11，12]來描述。

f(v,c,k)=kc(vc)k-1exp[-(vc)k]

(1)

F(c,k)=1-e-(v/c)k

(2)

式中，v、k、c分別代表風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、形狀系數(shù)以及反映風(fēng)電場(chǎng)年平均風(fēng)速的尺度系數(shù)。風(fēng)電機(jī)組的有功出力可以用分段函數(shù)形式來描述為

(3)

式中，PW為單風(fēng)電機(jī)組有功出力；v、vin、vR、vout分別為當(dāng)前風(fēng)速、切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速；PR為單風(fēng)電機(jī)組額定有功功率。

1.2 風(fēng)速Nataf變換

1.2.1 相關(guān)系數(shù)矩陣

相關(guān)系數(shù)是衡量不同變量之間的相關(guān)程度，對(duì)于不同風(fēng)電場(chǎng)A、B的風(fēng)速VA和VB，其相關(guān)系數(shù)[13]rAB可以由式(4)求得。

rAB=∑Ki=1(vAi-v-A)(vBi-v-B)∑Ki=1(vAi-v-A)2·∑Ki=1(vBi-v-B)2

(4)

式中，vAi、A、vBi、B分別代表風(fēng)電場(chǎng)A和風(fēng)電場(chǎng)B的采樣值和平均值，由式(4)知rAB=rBA，由此可以求得N個(gè)不同風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速相關(guān)系數(shù)矩陣RN為

RN=[1r12…r1n
r211…r2n
??1?
rn1rn2…1]

(5)

可見，RN為對(duì)稱矩陣。

1.2.2 相關(guān)性風(fēng)速Nataf變換

相關(guān)性變量的等效變換主要有3種方法：Nataf變換、Ronsenblatt變換和Orthogonal變換[14-16]，基本思想都是將相關(guān)非正態(tài)變量變換成獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量。Ronsenblatt變換需要已知聯(lián)合累計(jì)分布函數(shù)，很難滿足工程應(yīng)用，Orthogonal變換誤差相對(duì)較大，因此在進(jìn)行風(fēng)速相關(guān)性變換時(shí)?？紤]用Nataf變換。

(6)

變量W的相關(guān)系數(shù)矩陣rN中元素rWij和RN中的元素rVij有如下關(guān)系。

(7)

式中,μWi、σWi和μWj、σWj分別為不同風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速Wi和Wj的期望值和標(biāo)準(zhǔn)差；φ(Wi,Wj,rVij)是相關(guān)性系數(shù)為rVij的二維標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布變量的聯(lián)合概率密度函數(shù)。

rN元素的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，工程應(yīng)用中常利用DerKiureghian和Liu給出以下的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。

rWij=F(rVij)rVij

(8)

+0.007rVij(σViμVi+σVjμVj)

(9)

式中，μVi、σVi和μVj、σVj分別為不同風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速Vi和Vj的期望值和標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣rN進(jìn)行Cholesky分解可以求出一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的三角矩陣LN為

上述變化即為Nataf變換，利用上述變化的逆變換可以得到具有任意相關(guān)性的風(fēng)速樣本[17]。

2 綜合無功規(guī)劃優(yōu)化模型

2.1 效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)分析

電網(wǎng)無功規(guī)劃優(yōu)化不僅需要考慮無功補(bǔ)償設(shè)備建設(shè)安裝和運(yùn)行檢修成本[18]，還需要考慮電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在允許一部分節(jié)點(diǎn)存在適當(dāng)電壓越限風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，取得最大投資收益。

F=Benefit-Cost-Risk

(12)

式中，F(xiàn)為無功補(bǔ)償后的凈收益；Benefit為無功補(bǔ)償后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益；Cost為無功補(bǔ)償設(shè)備安裝和運(yùn)行檢修成本；Risk為無功補(bǔ)償設(shè)備投運(yùn)后引起的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，圖1表示滿足電網(wǎng)約束條件下的效益、成本和風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系曲線。

圖1 效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)曲線

效益、成本分別對(duì)無功補(bǔ)償容量QC求導(dǎo)后，效益微增量dBenefit/dQC呈逐漸減小趨勢(shì)，成本微增量dCost/dQC呈逐漸增大趨勢(shì)。隨著無功補(bǔ)償配置容量的增加，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)呈先減小后增大趨勢(shì)，成本的增速大于效益的增速，即收益的增加需要更多成本的投入，經(jīng)濟(jì)效益反而不佳，并且會(huì)帶來更多的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。凈收益對(duì)無功補(bǔ)償容量QC的導(dǎo)數(shù)dF/dQC=0時(shí)，凈收益達(dá)到最高峰K點(diǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的無功補(bǔ)償配置最優(yōu)。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

綜合效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)的無功規(guī)劃優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，選取電網(wǎng)年凈收益最大為目標(biāo)，如式(13)所示。第一部分為效益經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，表示由于無功補(bǔ)償設(shè)備的投入，有功損耗進(jìn)一步減少所帶來的經(jīng)濟(jì)效益；第二部分為成本經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，包括無功補(bǔ)償設(shè)備的購(gòu)置安裝和運(yùn)行檢修費(fèi)用；第三部分為風(fēng)險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，定義為電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓越限值與越限概率乘積再乘以電壓越限懲罰費(fèi)用因子。

maxF=T·Pr·ΔPloss-∑ni=1(QBi+QRi)-

∑kj=1Pkj·Kv|ΔVAj|

(13)

式中，T為系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間；Pr系統(tǒng)單位電價(jià)；ΔPloss為系統(tǒng)無功補(bǔ)償前和補(bǔ)償后網(wǎng)損的減少量；QBi為購(gòu)置安裝費(fèi)用；QRi為運(yùn)行檢修費(fèi)用；Pkj為電壓越限概率；Kv為電壓越限懲罰費(fèi)用因子；VAj為實(shí)際運(yùn)行電壓；ΔVAj為電壓越限值，參與計(jì)算時(shí)取電壓絕對(duì)值。

2.3 約束條件

無功規(guī)劃優(yōu)化的約束條件包括風(fēng)電場(chǎng)出力在內(nèi)的決定電網(wǎng)收斂性的等式約束(即潮流約束)和不等式約束兩部分。

1)等式約束

Pi-Ui∑Nj=1Uj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0
Qi-Ui∑Nj=1Uj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0

(14)

式中，Pi、Qi分別為節(jié)點(diǎn)i處的有功功率和無功功率；Ui、Uj分別為節(jié)點(diǎn)i和與之相連的所有節(jié)點(diǎn)j處的電壓幅值；Gij、Bij、θij分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的電導(dǎo)值、電納值和相角差值。

2)不等式約束

Pmin≤P≤Pmax
Qmin≤Q≤Qmax
Tmin≤T≤Tmax
QCmin≤QC≤QCmax
Pkj{Vj>Vjmax∪Vj

(15)

式中，Pmax、Pmin表示系統(tǒng)內(nèi)包括風(fēng)電機(jī)組在內(nèi)的所有發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率上下限；Qmax、Qmin表示系統(tǒng)內(nèi)除風(fēng)電機(jī)組外的所有發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率上下限，風(fēng)電場(chǎng)均采用恒功率因素控制，且功率因素為1，即無功輸出為0；Tmax、Tmin表示系統(tǒng)內(nèi)所有可調(diào)變壓器的檔位上下限；QCmax、QCmin表示系統(tǒng)內(nèi)無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的無功補(bǔ)償容量上下限；Pkj、Pkjmax表示節(jié)點(diǎn)j電壓越限概率和允許的電壓越限概率最大值。

2.4 風(fēng)電場(chǎng)出力和模型求解步驟

多場(chǎng)景分析方法的本質(zhì)就是不確定性場(chǎng)景向多個(gè)確定性場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的方法，由于常規(guī)場(chǎng)景的選擇沒有考慮風(fēng)電場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)內(nèi)部分風(fēng)電場(chǎng)由于距離較近，風(fēng)速相關(guān)性極強(qiáng)。模擬出的多場(chǎng)景并不能準(zhǔn)確地模擬未來可能發(fā)生的場(chǎng)景，如所有風(fēng)電場(chǎng)有功出力為0的場(chǎng)景和所有風(fēng)電場(chǎng)滿出力的場(chǎng)景，在實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中，發(fā)生的概率極低?？紤]風(fēng)速相關(guān)性的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化，結(jié)合了各風(fēng)電場(chǎng)自身的出力特性以及風(fēng)電場(chǎng)出力之間的相關(guān)性，在進(jìn)行系統(tǒng)潮流計(jì)算時(shí)，通過1.2節(jié)的方法，可以計(jì)算出各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速相關(guān)性，并將各風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速樣本轉(zhuǎn)換成具有已知相關(guān)性的多個(gè)風(fēng)速樣本，每個(gè)風(fēng)速樣本對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的風(fēng)電場(chǎng)出力 。

綜合效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)的無功規(guī)劃模型求解采用改進(jìn)遺傳內(nèi)點(diǎn)算法[10]，步驟如下：①輸入電網(wǎng)系統(tǒng)原始參數(shù)，獲取節(jié)點(diǎn)和支路信息；②輸入已知相關(guān)性的風(fēng)速數(shù)據(jù)，計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)的輸出有功；③修改潮流計(jì)算中的雅克比矩陣的相關(guān)值，計(jì)算初始潮流，產(chǎn)生初始種群；④劃分解空間，均勻分布初始群體；⑤小生境法選取算子，交叉，變異；⑥計(jì)算障礙函數(shù)，修正和計(jì)算適應(yīng)度值；⑦是否達(dá)到終止條件，否則返回第⑤步；⑧是否重新啟動(dòng)，是則返回第④步；⑨輸出結(jié)果。

表1 風(fēng)電場(chǎng)接入容量

3 算例分析

圖2 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

選取某實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算分析。電網(wǎng)主網(wǎng)架如圖2所示，系統(tǒng)共包含節(jié)點(diǎn)28個(gè)，其中220 kV節(jié)點(diǎn)24個(gè)，500 kV節(jié)點(diǎn)2個(gè)，110 kV節(jié)點(diǎn)2個(gè)，基準(zhǔn)容量取100 MVA。該電網(wǎng)含常規(guī)能源發(fā)電廠兩座，風(fēng)電場(chǎng)9座，WF1至WF9依次通過節(jié)點(diǎn)20、24、28、26、27、25、22、3、15接入電網(wǎng)，除WF5接入110 kV節(jié)點(diǎn)外，其余風(fēng)電場(chǎng)均接入220 kV節(jié)點(diǎn)，所有風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)均為異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，各風(fēng)電場(chǎng)接入容量如表1所示。優(yōu)化計(jì)算中，系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的電壓約束設(shè)為0.98 p.u.至1.02 p.u.，其他節(jié)點(diǎn)電壓約束設(shè)為0.95 p.u.至1.05 p.u.，節(jié)點(diǎn)電壓越限概率最大值取0.05，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間取5 000 h，電網(wǎng)電價(jià)取0.55元/kWh，無功補(bǔ)償設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)取3.2萬元/Mvar，運(yùn)行檢修費(fèi)取0.15萬元/Mvar，電壓越限懲罰費(fèi)用因子取1.5萬元/kV，切入風(fēng)速取3 m/s，切出風(fēng)速取25 m/s，額定風(fēng)速取15 m/s。允許配置無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)1、2、3、4、5、10、13、15、17、18、20、22、23、24、25、26、27?？紤]這9座風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速的不同相關(guān)性，選取的樣本個(gè)數(shù)N=6 000，參考文獻(xiàn)[10]所提出的改進(jìn)遺傳內(nèi)點(diǎn)算法及2.4節(jié)模型求解步驟進(jìn)行求解，可得到不同相關(guān)性下各無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償容量。

圖3給出了各風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速存在強(qiáng)正相關(guān)、弱正相關(guān)、強(qiáng)負(fù)相關(guān)情況下，節(jié)點(diǎn)25的無功補(bǔ)償容量對(duì)比?？梢钥闯觯煌嚓P(guān)性下節(jié)點(diǎn)25的無功補(bǔ)償容量不相同。

圖3 不同風(fēng)速相關(guān)性下節(jié)點(diǎn)25無功補(bǔ)償容量對(duì)比

強(qiáng)正相關(guān)和弱正相關(guān)情況下的無功補(bǔ)償容量曲線相比較，出現(xiàn)“后移”現(xiàn)象，即強(qiáng)正相關(guān)的大量風(fēng)速樣本場(chǎng)景下，節(jié)點(diǎn)25的無功補(bǔ)償容量偏高的累計(jì)頻次大于弱正相關(guān)情況下無功無功容量偏高的累計(jì)頻次。強(qiáng)正相關(guān)情況下，各風(fēng)電場(chǎng)的有功出力基本一致，即當(dāng)某一風(fēng)電場(chǎng)出力達(dá)到最大時(shí)，其余風(fēng)電場(chǎng)的出力也達(dá)到大出力水平，全網(wǎng)潮流也較重，全網(wǎng)出力波動(dòng)性較大，節(jié)點(diǎn)電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)也較高，因此需要更大容量的無功補(bǔ)償來保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。強(qiáng)正相關(guān)和強(qiáng)負(fù)相關(guān)情況下的無功補(bǔ)償容量曲線相比較，“后移”現(xiàn)象更明顯，強(qiáng)負(fù)相關(guān)情況下，同一無功補(bǔ)償容量出現(xiàn)的最高頻次大于強(qiáng)正相關(guān)情況下的最高頻次，這說明了當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)之間存在強(qiáng)負(fù)相關(guān)的情況下，各風(fēng)電場(chǎng)出力能夠起到“削峰填谷”的作用，即產(chǎn)生“平滑效應(yīng)”，對(duì)于全網(wǎng)來說，波動(dòng)性會(huì)減小，電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)更低，所需的無功補(bǔ)償容量也較低，更有利于全網(wǎng)的運(yùn)行。

表2 不同風(fēng)速相關(guān)性無功補(bǔ)償后的相關(guān)指標(biāo)

表2為考慮不同風(fēng)速相關(guān)性下無功補(bǔ)償后的電網(wǎng)效益、網(wǎng)損以及電壓越限的概率。當(dāng)風(fēng)速存在強(qiáng)正相關(guān)時(shí)，電網(wǎng)效益比強(qiáng)負(fù)相關(guān)性情況下低，無功補(bǔ)償后電網(wǎng)網(wǎng)損比弱正相關(guān)、強(qiáng)負(fù)相關(guān)情況下的大，且電壓越限概率均高于弱正相關(guān)和強(qiáng)負(fù)相關(guān)下的電壓越限概率。各風(fēng)電場(chǎng)強(qiáng)正相關(guān)的風(fēng)會(huì)造成電網(wǎng)更大的出力波動(dòng)，電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)也更大。在強(qiáng)負(fù)相關(guān)性下，電網(wǎng)效益隨著無功補(bǔ)償配置成本的降低而增加，由于全網(wǎng)的風(fēng)電出力趨于平緩，無功補(bǔ)償效果更明顯，電壓越限概率更低。利用多場(chǎng)景方法進(jìn)行無功規(guī)劃時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均大于考慮風(fēng)速相關(guān)性的規(guī)劃方法，主要原因在于場(chǎng)景選取不夠合理。在進(jìn)行含有多風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)無功規(guī)劃優(yōu)化時(shí)，需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際風(fēng)速規(guī)律，準(zhǔn)確把握風(fēng)速相關(guān)性，盡可能全面考慮未來電網(wǎng)的不同場(chǎng)景，做到不盲目投資，但能保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。

4 結(jié) 論

多風(fēng)電場(chǎng)接入的電網(wǎng)，由于受風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)的影響，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力水平較高時(shí)，造成電網(wǎng)的無功不足。傳統(tǒng)的無功規(guī)劃方法，由于場(chǎng)景的選擇不能準(zhǔn)確把握地區(qū)風(fēng)電特性，導(dǎo)致無功補(bǔ)償配置不滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求，甚至得出錯(cuò)誤的規(guī)劃結(jié)論。介紹了基于Nataf變換的相關(guān)性風(fēng)速產(chǎn)生原理，建立了考慮效益-成本-風(fēng)險(xiǎn)的無功規(guī)劃優(yōu)化模型，采用改進(jìn)遺傳內(nèi)點(diǎn)算法求解，通過實(shí)際算例進(jìn)一步研究不同風(fēng)速相關(guān)性下的無功規(guī)劃優(yōu)化，規(guī)劃結(jié)論更具有針對(duì)性和適應(yīng)性，降低了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)電網(wǎng)無功規(guī)劃具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

[1] 劉鋮, 蔡國(guó)偉, 楊德友, 等. 計(jì)及風(fēng)機(jī)無功約束的電壓穩(wěn)定性分析[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2013, 25(1): 1-6.

[2] 遲永寧, 劉燕華, 王偉勝, 等. 風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2007, 31(3): 77-81.

[3] 邵志敏, 歐陽(yáng)紅林, 王杰, 等. 混合風(fēng)電場(chǎng)的無功功率協(xié)調(diào)控制策略與仿真[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2012, 24(6): 62-66.

[4] 張永武, 孫愛民, 張?jiān)闯? 等. 風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償容量配置及優(yōu)化運(yùn)行[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2011, 23(6): 151-156.

[5] 何禹清, 彭建春, 毛麗林, 等. 含多個(gè)風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)無功優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2010, 34(19): 37-41.

[6] 張沈習(xí), 程浩忠, 張立波, 等. 含風(fēng)電機(jī)組的配電網(wǎng)多目標(biāo)無功規(guī)劃[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(1): 40-46.

[7] 江岳文, 陳沖, 溫步瀛. 隨機(jī)模擬粒子群算法在風(fēng)電場(chǎng)無功補(bǔ)償中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2008, 28(13): 47-52.

[8] 王義紅, 黃鑌, 申洪, 等. 酒泉風(fēng)電基地二期3GW風(fēng)電接入電網(wǎng)的無功補(bǔ)償設(shè)備配置及輸電能力研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(5): 1440-1446.

[9] 劉沛津, 谷立臣. 含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2010, 34(7): 175-180.

[10] 魏希文, 邱曉燕, 李興源, 等. 含風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)多目標(biāo)無功優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010, 38(17): 107-111.

[11] 丁明, 吳義純, 張立軍.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速概率分布參數(shù)計(jì)算方法的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(10): 107-110.

[12] 楊秀媛, 肖洋, 陳樹勇. 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速和發(fā)電功率預(yù)測(cè)研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2005, 25(11): 1-5.

[13] 劉燕華, 田茹, 張東英, 等. 風(fēng)電出力平滑效益的分析與應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(4): 987-991.

[14] 陳雁, 文勁宇, 程時(shí)杰. 考慮輸入變量相關(guān)性的概率潮流計(jì)算方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(22): 80-87.

[15] 牟聿強(qiáng), 王秀麗, 別朝紅, 等. 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速隨機(jī)性及容量系數(shù)分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2009, 37(1): 65-70.

[16] 董雷, 程衛(wèi)東, 楊以涵. 含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)概率潮流計(jì)算[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2009, 33(16): 87-91.

[17] 蔡德福, 陳金富, 石東源, 等. 風(fēng)速相關(guān)性對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行特性的影響[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(1): 150-155.

[18] 朱勇, 楊京燕, 高領(lǐng)軍, 等. 含異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化規(guī)劃研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(5): 80-84.

With the increase of installed capacity and the number of grid-integrated wind farms, the impacts caused by wind farms after its integration become much greater. The traditional reactive power planning does not consider the wind speed correlation, so it is difficult to adapt to new structure of power grid. According to the fast changes of wind speed and the wind speed correlation, the method for generating wind speed samples with different correlation is studied based on Nataf transformation. It takes the maximum annual net profit of power grid as the objective function, and the optimization model of reactive power planning considering benefit-cost-risk is established. The improved genetic-interior point algorithm is adopted to solve the model, and the calculation and analysis are carried out by connecting the real multiple wind farms to power grid, which verifies the validity and practicability of reactive power planning considering wind speed correlation.

wind speed correlation; Nataf transformation; benefit-cost-risk; wind farm; reactive power planning

TM933

A

1003-6954(2015)02-0073-05

2014-12-16)

高順剛(1964)，工程師，長(zhǎng)期從事電力相關(guān)業(yè)務(wù)研究;

褚洪川(1987)，助理工程師，長(zhǎng)期從事電力相關(guān)業(yè)務(wù)研究;

高一涵(1988)，助理工程師，長(zhǎng)期從事電力相關(guān)業(yè)務(wù)研究。