浅析风电并网对电力系统调度运行的影响赖术伟

浅析风电并网对电力系统调度运行的影响赖术伟

赖术伟

(大唐集团公司赤峰分公司塞罕坝风电场内蒙古赤峰024000)

摘要：风力发电具有成本低、发电能力强、无污染等优势,受自然因素、技术等因素影响,风力发电经常出现电压及系统频率不稳定消极现象,阻滞风力发电系统优化与发展。基于此,为使风力发电系统更加科学高效,能为地区建设提供源源不断的动力支持,研究风电并网对电力系统调度运行的影响显得尤为重要。

关键词：风电并网；电力系统；调度运行；影响；措施

风力发电作为三大电力来源中最新的发电技术，与传统的发电方法不同，具有无污染、可再生的特点。因此，逐渐成为我国重点培养的电力开发项目之一。然而，由于风力发电当中，受到风速以及并网前后相关因素的影响，风力发电的系统频率与电压频率时常会出现不稳定的情况，极大程度上影响了我国风力发电未来的发展，必须及时采取有效的方法解决。

1风力并网

风力并网还具备以下优势:第一,建设周期短,模块化设计。风力并网设计及安装极为简单,通常情况下设计和安装简单，单台风机的运输及安装时间不超过三个月,安装及投产;第二,占地面积小,无土地质量要求,相关设备仅占总面积的1%左右,其余面积可供种植业、养殖业使用;第三,自动化程度高,人力成本较低。风力并网主要依托信息系统进行管理,为此其可实现无人值守管理目标,在降低人力成本同时,可提高电力系统自动化运行成效,为提高电力系统综合效益奠定基础。

2风力并网对电力系统电压稳定性的影响

为使风力并网对电力系统电压稳定性影响的研究更为科学、高效,技术人员可以采用控制变量法,针对电力系统运行情况进行建模(S=n1-n/n1,其中n代表转子速度,n1代表同步转速),将变量设为S,结合探究需求,秉持间断性、随机性原则,灵活带入风速、风力、电网负荷方程式(f(x,u,p)=0,其中,u为控制变量,p为实际参数,x为状态变量)展开运算,对比所得结论。通过对比可知风力的大小、风速以及电网自身负荷,均会对电力系统电压稳定性造成影响,一旦相关变量超出电力系统运载能力,将直接干扰电力系统,使其出现电压不稳情况,为此电力系统需将相关结论视为观察电力系统稳定性的参考依据,搜集、整合该系统内影响电力系统电压稳定性的节点,以此为由构建风电并网框架,制定科学合理的方案,规范风力并网技术应用标准,用以规避风力并网对电力系统电压稳定性的消极影响。

3风电并网后的系统频率分析

3.1维持电力系统频率稳定的方法

在传统的科研项目中，我国对电力系统稳定性问题的研究重点，主要集中在电压与功角这两个方面的稳定，却忽略了频率稳定的问题。随着现代化社会的不断发展，电力系统的负荷越来越大，系统频率失稳的情况时常发生，为城市电力系统的正常运行埋下了不安全的隐患，因此，有必要对电力系统频率的稳定性问题展开系统性的研究。由于其动态分析计算过程比较缓慢，无法满足实际应用的需要，所以，可以从静态的角度，通过快速评估法与直接法等方法对其进行估算。

3.2风电机组并网后的电力系统频率分析

与传统的水利发电和火力发电相比，风力发电的稳定性较差，强弱波动性较为严重，功率输出及其不稳，不受人为控制。随着风力发电产业在我国的兴起与发展，已经形成了较大的、具体化的规模，将风力发电站并入了现代化电网的运行与建设当中，对于稳定风力发展的功率与波动情况具有十分重要的意义。从电力系统的安全运行等方面来看，在我国的电力系统中，风电场从本质上来看，就是一个大型的干扰发生源。为了在今后的工作中更好地开发利用我国的风能资源，为风电场电力系统大小的稳定性产生了巨大的影响。

3.3实验分析

为了分析风电机组并网后的电力系统频率的变化情况，可以使用风速模拟机等工具，对其进行实验。实验主要包括比较风力发电机组并网前后系统频率的变化；风速不同的情况下，风力发电机组并网后对系统频率的影响；风速相同但负荷水平不同的风力发电机组并网后对系统频率的影响。

（1）风力发电机组并网前后系统频率的变化如图1所示。

图1风力并网前后对电力系统频率的影响

图1中的曲线1代表了风力发电机组并网前的系统频率，曲线2代表了并网后的系统频率。比较来看，风力发电机组并网后，电力系统频率的波动较大，影响效果十分明显。

（2）不同风速的情况下，风力发电机组并网后对系统频率的影响如图2所示。

图2风力并网后对电力系统频率的影响

图2中的线条a、b、c分别代表了相同风力发电机组在并网后，受到不同风速影响系统频率产生的变化情况。从图中的实际情况不难看出，虽然电力系统频率受风速影响产生了波动，其波动频率虽不重合，但基本一致。由此可见，风力发电机组在并网后，风速的改变还是会对其系统频率的波动造成一定的影响，由于风速的不同，造成影响的大小也各不相同。

4考虑风电机滑差的电压稳定分析

将滑差S作为变量，建立风力发电机模型，并且将滑差、负荷以及风速的随机性与间断性融入到潮流算法当中。将潮流算法得出的结果，作为观察电压不稳定节点的参考依据，并为今后的工作提供可靠的指导。与传统的计算分析方法相比，该方法能够更加明确地指出导致系统内电压不稳定的原因，并判断出不稳定电压发生的区域。

滑差S在风速与负荷随机情况下的电压灵敏度指标如下。

4.1考虑S后的潮流计算

公式：S=n1-n/n1，其中S为滑差；n1为同步转速；n为转子的速度。Pr=-I2rRr（1-S）/S，其中Rr为异步电动机转子的电阻；S为滑差。

从上述公式中不难看出，当滑差S产生了变化的时候，Pr也随之产生了变化。根据功率平衡原则，风力机组的有功功率应该与其机械功率保持相等。如果功率无法平衡，那么便需要对滑差S进行调节，实现二者的相互平衡。考虑了异步风力发电机滑差S以及风速的随机性变化后，其潮流计算公式为：

根据此公式便可对其潮流进行计算。

4.2考虑滑差S后的灵敏度指标

通常情况下，在分析系统变量中一些极其微小的数量变化时，可以通过对灵敏度相关指标的测量与计算，来了解电压稳定时的灵敏度。

电力系统潮流方程表达式为f（x，u，p）=0。

其中，x相当于其中的状态变量，而u则相当于是控制变量，p作为实际参数来进行使用，例如：有功负荷与无功负荷等。由此，根据潮流可行解点线性化可以得到以下关系式：

其中，Sxp表示的是当状态变量为x时，对应的参数p变化的灵敏度。

Sxu表示的是当状态变量为x时，对应的控制变量u变化的灵敏度。

4.3风电并网后的系统电压技术规定

从实际的情况来看，风电并网后，系统在电压稳定性方面的确受到了一定的影响。为了有效地协调风力发电机与电网之间的运行情况，我国先后出台了相关的技术规定，对并网后的风力发电机组在调度运行的过程中，提出了相应的要求。具体如下。

首先，如果在电网运行的过程中，电压出现震荡的情况，要及时向电网调度相关部门进行报告，不得在电压不稳的情况下私自合闸送电。

其次，此次技术规范对风力发电机组并网后的正常运行电力偏差做出了明确的规定，在±10%之间的电压偏差下，风力发电机组均可正常运行。

最后，一旦风力发电机组的电压偏差超过15%以后，应立即停止其运行，以免造成更大范围的损害。

结论

综上所述，本文从电压稳定性以及频率波动等方面对风力发电机并网后，对电力系统调度运行产生的影响进行了分析。通过实践验证，数据计算分析等方法对其研究的内容进行的论证与分析，风力发电作为一项无污染、无能耗的绿色发电工程，在我国电力系统未来的发展过程中，必将承担更加重要的责任与使命。因此，必须要针对风力发电系统中存在的问题进行探讨与研究，推动我国风力发电事业不断的成熟与发展。

参考文献：

[1]苗宝平.大规模风电并网引起的电力系统运行问题及应对策略研究[J].科技视界，2017（1）：332.

[2]于东.考虑风电不确定出力的电力系统优化调度模型研究[D].江苏大学，2016.

[3]邵剑.基于风险理论的含大规模风电电力系统调度决策方法研究[D].华中科技大学，2017.