探析風電并網對電力系統調度運行的影響

陳明星

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.046

摘 要：風電機并網后，系統頻率與電壓的穩定性等方面勢必會受到一定的影響，導致了電力系統的調度運行工作無法正常進行。因此，本文從風電并網后的系統頻率與電壓穩定兩個方面對此展開了分析，并以此來研究風電并網對電力系統調度運行造成的影響。

關鍵詞：風電并網 電力系統 調度運行

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0046-02

風力發電作為三大電力來源中最新的發電技術，與傳統的發電方法不同，具有無污染、可再生的特點。因此，逐漸成為我國重點培養的電力開發項目之一。然而，由于風力發電當中，受到風速以及并網前后相關因素的影響，風力發電的系統頻率與電壓頻率時常會出現不穩定的情況，極大程度上影響了我國風力發電未來的發展，必須及時采取有效的方法解決。

1 風電并網后的系統頻率分析

1.1 維持電力系統頻率穩定的方法

在傳統的科研項目中，我國對電力系統穩定性問題的研究重點，主要集中在電壓與功角這兩個方面的穩定，卻忽略了頻率穩定的問題。隨著現代化社會的不斷發展，電力系統的負荷越來越大，系統頻率失穩的情況時常發生，為城市電力系統的正常運行埋下了不安全的隱患，因此，有必要對電力系統頻率的穩定性問題展開系統性的研究。由于其動態分析計算過程比較緩慢，無法滿足實際應用的需要，所以，可以從靜態的角度，通過快速評估法與直接法等方法對其進行估算。

1.2 風電機組并網后的電力系統頻率分析

與傳統的水利發電和火力發電相比，風力發電的穩定性較差，強弱波動性較為嚴重，功率輸出及其不穩，不受人為控制。隨著風力發電產業在我國的興起與發展，已經形成了較大的、具體化的規模，將風力發電站并入了現代化電網的運行與建設當中，對于穩定風力發展的功率與波動情況具有十分重要的意義。從電力系統的安全運行等方面來看，在我國的電力系統中，風電場從本質上來看，就是一個大型的干擾發生源。為了在今后的工作中更好地開發利用我國的風能資源，為風電場電力系統大小的穩定性產生了巨大的影響。

1.3 實驗分析

為了分析風電機組并網后的電力系統頻率的變化情況，可以使用算例模型、風速模擬機等工具，對其進行實驗。實驗主要包括比較風力發電機組并網前后系統頻率的變化；風速不同的情況下，風力發電機組并網后對系統頻率的影響；風速相同但負荷水平不同的風力發電機組并網后對系統頻率的影響。

（1）風力發電機組并網前后系統頻率的變化如圖1所示。

圖1中的曲線1代表了風力發電機組并網前的系統頻率，曲線2代表了并網后的系統頻率。比較來看，風力發電機組并網后，電力系統頻率的波動較大，影響效果十分明顯。

（2）不同風速的情況下，風力發電機組并網后對系統頻率的影響如圖2所示。

圖2中的線條a、b、c分別代表了相同風力發電機組在并網后，受到不同風速影響系統頻率產生的變化情況。從圖中的實際情況不難看出，雖然電力系統頻率受風速影響產生了波動，其波動頻率雖不重合，但基本一致。由此可見，風力發電機組在并網后，風速的改變還是會對其系統頻率的波動造成一定的影響，由于風速的不同，造成影響的大小也各不相同。

2 考慮風電機滑差的電壓穩定分析

將滑差S作為變量，建立風力發電機模型，并且將滑差、負荷以及風速的隨機性與間斷性融入到潮流算法當中。將潮流算法得出的結果，作為觀察電壓不穩定節點的參考依據，并為今后的工作提供可靠的指導。與傳統的計算分析方法相比，該方法能夠更加明確地指出導致系統內電壓不穩定的原因，并判斷出不穩定電壓發生的區域。

滑差S在風速與負荷隨機情況下的電壓靈敏度指標如下。

（1）考慮S后的潮流計算。

公式：S=n1-n/n1，其中S為滑差；n1為同步轉速；n為轉子的速度。Pr=-I2rRr（1-S）/S，其中Rr為異步電動機轉子的電阻；S為滑差。

從上述公式中不難看出，當滑差S產生了變化的時候，Pr也隨之產生了變化。根據功率平衡原則，風力機組的有功功率應該與其機械功率保持相等。如果功率無法平衡，那么便需要對滑差S進行調節，實現二者的相互平衡。考慮了異步風力發電機滑差S以及風速的隨機性變化后，其潮流計算公式為：

根據此公式便可對其潮流進行計算。

（2）考慮滑差S后的靈敏度指標。

通常情況下，在分析系統變量中一些極其微小的數量變化時，可以通過對靈敏度相關指標的測量與計算，來了解電壓穩定時的靈敏度。

電力系統潮流方程表達式為f（x，u，p）=0。

其中，x相當于其中的狀態變量，而u則相當于是控制變量，p作為實際參數來進行使用，例如：有功負荷與無功負荷等。由此，根據潮流可行解點線性化可以得到以下關系式：

其中，Sxp表示的是當狀態變量為x時，對應的參數p變化的靈敏度。

Sxu表示的是當狀態變量為x時，對應的控制變量u變化的靈敏度。

（3）風電并網后的系統電壓技術規定。

從實際的情況來看，風電并網后，系統在電壓穩定性方面的確受到了一定的影響。為了有效地協調風力發電機與電網之間的運行情況，我國先后出臺了相關的技術規定，對并網后的風力發電機組在調度運行的過程中，提出了相應的要求。具體如下。

首先，如果在電網運行的過程中，電壓出現震蕩的情況，要及時向電網調度相關部門進行報告，不得在電壓不穩的情況下私自合閘送電。

其次，此次技術規范對風力發電機組并網后的正常運行電力偏差做出了明確的規定，在±10%之間的電壓偏差下，風力發電機組均可正常運行。

最后，一旦風力發電機組的電壓偏差超過15%以后，應立即停止其運行，以免造成更大范圍的損害。

3 結語

綜上所述，本文從電壓穩定性以及頻率波動等方面對風力發電機并網后，對電力系統調度運行產生的影響進行了分析。通過實踐驗證，數據計算分析等方法對其研究的內容進行的論證與分析，風力發電作為一項無污染、無能耗的綠色發電工程，在我國電力系統未來的發展過程中，必將承擔更加重要的責任與使命。因此，必須要針對風力發電系統中存在的問題進行探討與研究，推動我國風力發電事業不斷的成熟與發展。

參考文獻

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