風電不確定性對電力系統影響的分析

摘 要：隨著新能源產業的快速發展，各種可再生能源發電系統的建設規模也在不斷的增多。其中風電系統不僅能夠有效的減少能源資源的消耗，而且成本較低，很適合開展大規模發電系統的建設。但是，風電由于自身嚴重的不確定性，很容易對于電力系統的正常運行、發電質量以及經濟效益等方面產生影響。所以文本針對風電不確定性對電力系統的影響進行深入的分析，從而更好的提高風電質量。

關鍵詞：風電；不確定性；電力系統

風電是未來新能源的重要發展方向，不僅能夠為人們的日常生活提供清潔、高效的能源，而且還能夠讓我們的生活品質得到提升。但是由于風電具有的不確定性也會造成電力系統出現問題。

1 風電不確定性

（1）風速的波動和間歇性。

風速的不確定性最大的表現就是較強的波動性和間歇性。一方面，風速由于地域性的差異和季節性的差異，所以很難有效的控制風速的變化與波動。并且在時間上來看，風速的波動分為平均風速和脈動風速兩種頻率，平均風速是指在該地區大時間尺度風速變化情況，而脈動風速的頻率則是短時間內風速的變化的強弱程度的直觀表現[1]。而且在頻域上則應該對應風速的低頻能量和高頻能量。風速的波動以及間歇性特點無法確定，所以無法通過正弦波等確定性的波動以及矩形波那樣明確的間歇性，而是時刻處在隨機變化之中。由于平均風速和脈動風速都具有隨機性的特點，所以風速不確定性的主要因素還是因為風速自身的特性決定的。

（2）風電的不確定性因素。

由于風速的不確定性，所以平均風速的不確定對于風電的不確定性影響非常的關鍵。由于風速的不確定性主要反映在風向、平均風速以及脈動風速等時空分布之中，并且受到地形、風塔位置、風塔高度、塔影效應、空氣密度、尾流效應等多種因素的共同影響，所以風速通常會用概率模型Weibull來表示，并且尺度參數以及形狀參數都會通過觀測到的風速期望值的標準來進行折算。

由于風速的不確定性，所以風電轉換轉換過程中也會存在較強的不確定性，包括風機故障問題、風機檢修問題、風速越限等方面引起的切入切出工作。通過最大風電功率的追蹤與遠程調借過程中工況也會出現變化，所以造成風電轉換存在不確定性。而且，風電機組在運行的過程中不同的特性也會引起不同的變化。除了風電系統內部的變化因素會對風電產生影響，風電外部因素也會對風電的不確定性產生影響。例如，常規的發電機組、負荷以及偶然事件產生的不確定性，電網調度必須要根據定量分析風電和電荷的同向以及反向波動。通過這些風電充裕性和穩定性進行的存儲，能夠更好的針對風能的波動產生影響。

（3）風電不確定性的描述。

由于風電場在規劃和運行的過程中必須針對風電時空不確定性進行分析，并且根據歷史數據以及具體風電場的特征進行研究，這樣才能夠明確風電產的發電總量，并且將風速分為平穩分量與非平穩分量情況，分別對應著風速的間歇特性與風速的波動特性[2]。在一般情況下，對于風電不確定性的分析能夠采用Weibull分布概率來作為參考模型，并且在短時間尺度內通過適當的增加參數特點，從而有效的考慮多峰分布風速的特征， 這樣就能有效預測風速基于先驗概率的點預測以及條件概率推算后驗概率的預測法。這兩種風速的預測效果相對較好，但是依然有待提高。

點預測風速解析法就是通過功率等級、預測尺度來建立相對的預測誤差 經驗分布模型，并且利用權貝塔分布模型確定風速的概率密度函數或者分布累計函數。基于區間進行預測的擬合法能夠在指定概率條件下來找到相對應的波動區間，但是這一區間并非統計值，所以能夠有效的避免預測出現誤差分布的假設條件，同時也能夠有效的采用非參數的自適應重采樣或者分位點回歸的方法。還可以基于場景預測進行仿真分析法。即在不同的場景環境中可能發生的結果進行概率仿真，并且隨著隨機變量對于目標函數概率分布的影響而產生的影響，從而有效的預測風電與負荷之間波動水平的概率模型。

2 風電不確定性對于風電系統的影響

由于風電具有較強的不確定性，所以對電力系統的頻率產生較大的影響。一方面，電力系統必須保證穩定的前提條件，才能夠有效的獲得穩定的電量。但是，由于風電具有較強的不確定性，在受到干擾的情況下對于電力系統的抗干擾能力會造成較大的沖擊。電力系統的充裕性表現了電力系統對于用戶電力需求應對能力的高低。對于風險的分析與控制應該針對不確定性、分岔以及混沌理論，通過大規模的風電系統能夠在很大程度上加重對于風電系統的不確定性的影響。由于調頻時間標準，所以不同地區的風電功率的波動變化也會出現差異，風電差的集聚效應能夠最大程度的減少風電功率的波動。

風電不確定性還能夠影響電力系統的電壓。由于風電功率的波動會造成電壓產生波動，尤其是風速、湍流強度、塔影效應都會在瞬間改變電壓的閃變值。電壓閃變值離散化計算的方法會出現很小的誤差，所以能夠在風電引起電壓波動中進行廣泛的應用。風機頻繁脫網的因素包括電網電壓穩定性以及雙饋異步風力發電機上網環節的相關需求，同時大規模風機入網之后也能夠在電力網絡中造成電壓失穩的情況。針對這樣的問題，必須要加強對于動態無功補償設備的控制，從而有效的減少電壓失穩引起的故障，盡可能的增強電網的穩定性。

風電不確定性的隱性因素直接會對電力系統的暫態穩定性產生影響。由于恒速異步風力發電機沒有穩定性方面的問題，應該重點考慮風機類型、故障地點、故障時間等方面的變化，通過電力系統暫態穩定性受到的影響程度進行判斷，如果高等級電壓會對雙饋異步發電機產生非常明顯的影響，這時就必須通過變頻器來保證電力系統的穩定，避免出現故障問題以及動態負荷運行模式。

3 結論

本文通過針對風電不確定性進行深入的研究，從而明確了風速的波動性和間歇性，也進一步總結了風電不確定性因素，從而保證風電在電力系統之中能夠穩定、健康的運行，避免因為風電波動對電能質量產生影響。

參考文獻：

[1]高延濤，任磊.風電不確定出力對電力系統的影響及應對策略綜述[J].通信電源技術，2017，34（04）：2627.

[2]劉建華.關于風電不確定性對電力系統影響的研究[J].科技風，2017（06）：215.

作者簡介：劉舵（1985），男，北京人，本科，工程師，工程專業。