針對電力系統新型能源風電場概率潮流分析

呂青媛

摘 要：風力發電作為一種新的電力能源，是一種可再生性能源，國家能源局目前正在大力開展其風能的技術應用，進一步促進裝機容量逐漸增大，從低電壓等級也緩慢發展到高電壓等級，風力發電對電力系統穩定性的影響越來越大。風力發電具有隨機性、間歇性和難于控制的特點，大規模的風電并網會給電力系統的安全運行造成一定的影響。概率潮流方法能充分考慮風電場出力的隨機性，能為含風電場的電力系統規劃運行人員提供更全面有用的信息。

關鍵詞：風能；概率潮流；穩定性

中圖分類號：TM744 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0009-02

Abstract： Wind power， as a new power source， is a kind of renewable energy. The National Energy Administration （NEA） is now making great efforts to develop the application of wind energy technology to further promote the gradual increase of installed capacity. From the low voltage level to the high voltage level， wind power generation has increasing influence on the stability of power system. Wind power generation has the characteristics of randomness， intermittence and difficulty in control. Large-scale wind power grid will have a certain impact on the safe operation of the power system. Probabilistic power flow method can fully consider the randomness of wind farm output force， and can provide more comprehensive and useful information for power system planning and operation with wind farm.

Keywords： wind energy； probabilistic power flow； stability

潮流計算是進行電力系統分析其穩定的基本前提，也是首要任務，風電場加入電網，進一步加大電網的潮流的復雜性，因為風能具有不確定性，如何優化潮流計算，并使其結果預測準確，誤差不會超過允許的范圍，是非常重要的功能，所以在這里引進了概率潮流計算的方法。目前，風電機組加入電網的規模越來越大，對電網的影響不容忽視，國內外學者在概率潮流計算方面做了很多研究，其研究可以分為三個類型：第一種是概率潮流算法的改進；第二種是算法有效性的研究；第三種是概率潮流的應用及拓展。目前國內大部分學者是以研究風電機組發出有功功率概率密度函數為基礎的，分析風電場出力的隨機性對電力系統的影響，求解電網中線路功率以及節點電壓的概率密度函數，并以此作為評估風電機組的并網所帶來的影響的指標。

通常對潮流計算方法進行分析，是根據電力系統的穩態運行要求以及運行狀態的分類的，并且要求在潮流模型中計及約束條件與相關制約參數，進而建立了穩態潮流控制模型，使潮流分布可以按需調節。潮流模型中的等式約束包含支路潮流的約束，不等式約束包含電壓幅值的穩態運行范圍。因此，針對約束條件，可以通過調節控制變量，改變潮流分布，從而控制節點電壓與支路潮流。這也是目前潮流計算的基本方法與分析模式。

1 概率潮流計算

概率潮流計算是分析像風機這樣不確定因數加入電網之后對電網的影響，然而，風電場的輸出功率和風電場所在地的風速有很大關系，風速太小可能不能使風機葉片旋轉，所以風電場建設的地點也要根據該地方的風速規律來選擇，要選擇風速呈現一定規律的地點作為風電場的地址，風電場所在地的風速變化規律的可預測性也很重要，在此又一次強調，概率分布對研究風速的重要性，它是目前最能體現風力資源的可統計性特征的重要指標。經過大量研究與分析，很多地方的風速大多服從幾個分布，比如瑞利分布、對數正態分布還有威布爾分布，其中最常見也是用的最多的是威布爾分布。風電場中風力發電機的輸出功率和該地的風速有著密切的關系，經過大量實驗與聚聚采集整理分析，風速和風力發電機的輸出功率之間存在函數關系，因此，可以求出風機輸出功率的概率分布。

2 風電場隨機變量分布

2.1 （0，1）分布

2.2 正態分布

正態分布在很多工程領域特別是電力系統中運用得很廣泛，有些母線負荷或者節點注入功率的取值點都和正態分布的取值點非常相近。

2.3 威布爾分布

研究大規模風電機組加載到電網，分析電網的概率潮流計算方法，所以在此要研究風速的分布規律，很多學者對于各地區的風速的分布情況做了大量實驗和深入的研究。很多數據顯示，風速分布一般服從正偏態分布，總結來說，風速越大的地方，相應的風速分布曲線越趨于平緩，峰值降低且峰值點右移。上文表明，一般風速中大風速所占比例相對來說較多的地區，該地區整體風力也比較大。正如前面所說，由于各個地區的氣候、地理、環境等特點有所不同，這就會導致各種風速所占的比例隨地區的不同而不同。

大量研究顯示，通常許多線型分布都可以被用來擬合風速的分布，常見的有對數正態分布、瑞利分布、皮爾遜曲線分布、雙參數威布爾分布、三參數威布爾分布以及？祝分布等。通過大量數據對比擬合分析，研究結果顯示，普遍認為，用雙參數威布爾分布擬合風速，最接近于風速的概率密度也即PDF的描述，下文將具體給出統計計算過程。

4 風電場計算方法簡述

為了提高計算速度，對計算含有風電場的電力系統線路潮流的概率密度函數的方法。首先就要獲取風速的PDF，經過大量統計計算分析，可知風速是服從威布爾分布的，然后根據風速與風電機組發出功率的函數關系求解風電機組發出功率的PDF，利用風機的功率曲線的二次近似模型以及卷積或者傅里葉變換等數學技術求解風機注入電網后的電網中各線路功率的概率密度函數以及電力系統中各節點的概率密度函數。基于這種數學模型，考慮發電機注入功率以及母線負荷消耗功率具有隨機性，以概率潮流的方式分析風電場注入電力系統對電力系統的影響。正確運用風機功率曲線的特點求解風機投入電網后電力網絡中線路功率和節點電壓的PDF。母線負荷的PDF服從正態分布，一組發電機的發出功率的PDF服從0-1分布，風電機組的分布下文將會詳細求解，然后用Matlab編程實現仿真，進而仿真得出相關線路功率的PDF和節點電壓的PDF，即可以得到其仿真結果。

5 結束語

風力發電作為一種新型的電力能源，機組技術不斷進步，經濟性逐漸提高，發電成本也持續下降。風電場會更多的接入電力系統的輸電網，不可否認的是對電力系統穩定性的影響也越來越大。如何消除大規模風電接入后對電網所帶來的影響，其最基本是穩定性的影響，如何減小其電力系統的穩定性， 是目前所有電力學者待以解決的課題。

參考文獻：

[1]鄧威，李欣然，徐振華.考慮風速相關性的概率潮流計算及影響分析[J].電網技術，2012，36（4）：45-49.

[2]盛驟.概率論與數理統計[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]車振軍.強流高功率NBI穩態運行模式下真空空間粒子分布的研究[J].合肥工業大學，2011，25（4）：33-35.

[4]王曉娟.粒子濾波算法（PF）在疲勞駕駛檢測系統中的應用研究[J].價值工程，2011，25（12）：30-33.

[5]丘文千.具有變量范圍約束的電力系統潮流計算方法[J].電力系統自動化，2006，10（17）：36-40.

[6]張閣，杭乃善，等.微電網中利用機組調節的潮流控制模型研究[J].電網與清潔能源，2012，8（28）：6-10.

[7]杭乃善，周航，等.計及機組控制特性的穩態控制潮流的降維算法[J].電網技術，2004，28（9）：15-20.