含电池储能风电场的电力系统风险评估

第38卷第8期电网技术V ol. 38 No. 8 2014年8月Power System Technology Aug. 2014 文章编号：1000-3673（2014）08-2087-08 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 学科代码：470·4054

含电池储能风电场的电力系统风险评估

蒋程，刘文霞，张建华

（新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区102206）

Risk Assessment for Power System With Wind Farm and Battery Energy Storage

JIANG Cheng, LIU Wenxia, ZHANG Jianhua

(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources

(North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206, China)

ABSTRACT:The output model of wind farm is proposed taking account into the time-varying characteristics of failure rate and derating rate for wind turbines and the complex wake effects of wind farm. The output model of battery energy storage system is proposed considering the charging and discharging constraints, capacity constraints and forced outage rate of the battery energy storage. And then combining the proposed output models, the integrated model of wind farm can be proposed based on different scheduling strategies of wind farms. According to the integrated model, the risk assessment processes and methods are given. The calculation and analysis of improved IEEE-RTS 79 case was carried out, and the simulation results verify the effectiveness of the proposed model and the method.

KEY WORDS:scheduling strategies; battery energy storage; wind farm; output model; risk assessment; wake effects

摘要：考虑风电机组的时变故障率和降额率以及风电场复杂尾流效应的影响，建立了风电场的出力模型；考虑电池储能的充放电约束和容量约束以及其故障率的影响，建立了电池储能系统的出力模型。综合上述2个出力模型，考虑不同风能调度策略得到了含电池储能风电场的出力模型。基于该模型给出了含电池储能和风电场的电力系统风险评估的具体流程和方法。改进IEEE-RTS 79算例仿真和分析，验证了上述模型和方法的正确性和有效性。

关键词：调度策略；电池储能；风电场；出力模型；风险评估；尾流效应

DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.08.011

0 引言

随着风电并网容量的增加，风电的随机性使电力系统运行状态更加复杂多变，对于电网结构薄弱的区域电网，风电并网的影响更为显著。

基金项目：国家863高技术基金项目(2012AA050201)。

The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2012AA050201). 国内外关于风电场的出力模型已有较深入的研究，文献[1-5]考虑了风能的随机性、尾流效应、风电机组老化和故障等环节，建立了风电场的出力模型。虽然上述模型考虑了风机的故障率，但故障率采用一个固定值，没有考虑外界环境，如风速对它的影响，这对坐落在相对恶劣环境中的风机来说，有点不妥。这些模型都没有考虑风电机组的降额状态，而根据风电场历史数据分析，风机处在降额状态的时间相对较长，在建立风电场输出模型时，大多数研究人员只考虑平坦地形的简单尾流效应，这种建模方法不适用处在山区或丘陵等复杂地形的风电场，因此上述风电场的出力模型与实际可能存在一定的偏差。

风电具有间歇性和随机性的特点[6-7]，大规模风电并网将给电力系统带来较大的风险[8-11]。由于电池储能系统具有灵活的充放电能力，常常通过在风电场中安装电池储能设备来降低电力系统的风险[12]。关于电池储能接入的风电场出力模型的研究相对较少，文献[13]建立了含储能的风电机组出力模型，但没有给出风电场出力模型，文献[14-18]建立了含储能风电场的出力模型，其中考虑了储能的充放电约束、电量约束和风电接入比例等约束，但没有考虑风电机组的强迫停运和故障降额状态，同时也没考虑电池储能系统的强迫停运率，所以该模型与实际有一定的偏差。

综上所述，考虑复杂地形上处在风速下游的风机受到上游多台风机影响，本文建立部分遮挡尾流效应模型，结合风速的自回归滑动平均模型建立风电场的出力模型，考虑电池储能的故障停运建立不同调度策略下电池储能系统的出力模型，综合风电场出力模型和电池储能系统的出力模型建立含电池储能风电场的出力模型。应用此模型对改进IEEE-RTS 79算例进行发电系统充裕性风险评估，