風力發電選址與滲透力帶給連鎖故障的影響

張志龍

摘 要：風力發電是非常復雜的項目，風力發電需要做好滲透率與選址的處理，如果沒有做好以上要素的處理，就會加劇電網系統復雜性，其后果便是引發聯鎖問題。本文將以電氣介數的方法展開連鎖故障分析，展開對發電機選址與滲透率的研究。結合實際數據可以得知，風電負荷的加載會導致系統分布均勻性的降低，導致連鎖故障的程序出現。

關鍵詞：風力發電;選址;滲透率;連鎖故障

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.170

0 前言

電力系統在發展過程中，其潮流分布與結構也在變得越來越復雜。面對線路過載與自然災害問題，網絡潮流轉移問題就會增加線路負荷，引起連鎖故障，其后果非常嚴重。光伏發電與風電等能源滲透率的提升會加劇電網不確定性與復雜性。所以可再生發電的研究具有現實性意義。當前風電系統的研究主要定位在隨機性與間接性方面。

1 連鎖故障模型和評價指標

（1）仿真模型。對電網來說，在出現故障以后必須第一時間對其進行修復，將其調整回良好運行狀態。具體流程如圖1。

根據圖1我們可以得知。在移除電網某線路以后，潮流將會重新分布。此時在線路負載比閾值高的時候就會發生新過載開斷問題，導致新一輪開斷與潮流分布。當然該過程的不斷重復一直會延續到電網解列[1]。在電網系統的運行過程中，線路的負荷如果比平時的負荷要高，實際上是不一定出現開斷問題的。只有在負荷超過某些閾值，線路過載與過保裝置才會啟動。也就是說過保實際上和線路潮流有直接聯系，在線路潮流變化以后線路開斷概率會隨之提高。

本文運用概率法模擬線路過載，假設線路沒有故障的時候為閾值C，在線路潮流未過C的情況下，線路開斷為0概率。如果超過1.4C則開斷概率等于1。

（2）評價指標。1）矢負荷比。在連鎖故障以后，矢負荷比表示的是失效節點的負荷和電網初始負荷比。2）聯通能力。在發生連鎖故障后，此時的電網有很高的幾率會變成多個無法聯通孤島。此時的聯通能力就是電網聯通性評價的重要指標。聯通性越高那么電網的穩定性就越不好、裂解程度越突出。

2 風力發電計算模型

（1）發電機模型。當前風力發電機應用異步發電機，這種發電機并沒有安裝勵磁裝置。在使用中需要借助電網無功功率磁場操作。所以計算潮流中需要引入風力發電的節點當做介入系統。對系統來說風速體現的就是發電機輸出功率，使用分段函數表示。潮流計算中，風力發電機在固定時刻的功率由風速決定，有著固定的數值。

（2）潮流計算。潮流計算需要做好電壓幅值、電機有功功率、轉子電阻、勵磁電抗、轉子電抗、定子電抗等參數的分析。隨后將風力發電機組連入電網，使用風力機組與潮流方程模型求解。計算步驟為首先計算系統初始電壓，之后計算潮流分布獲得端電壓。假設條件滿足就可以停止計算，如果條件不滿足則需要返回并修改電壓無功功率，直到參數滿足精度要求。

3 電氣介數分析方法

（1）節點介數。在電力系統中，小容量節點通常都是其最大的短板，為防止出現并網過載的問題就需要選擇由大容量的節點。對此需要先行分析節點輸電能力。本文以電氣介數作為指標，結合網絡理論結束概念，用潮流方程計算節點潮流元利用份額，隨后對其進行了量化，分析潮流傳播作用，得出與實際相符的電力信息。在線路介數與節點介入中，線路結束計算方法為首先選擇一個負載節點與一個發電接點，之后在二者當中注入相同大小大，但方向相反的功率。完成有功功率的注入后，此時的發電-負荷節點的功率與介數代表著潮流傳輸重要度。

（2）選址與滲透率影響。因為不同節點有著不同的電氣介數，所以不同節點直接影響著風力負載程度，其對潮流分布帶來的影響非常突出，具體表現為局部負荷率上升、下降，其后果便是潮流分布變得越來越不均勻。本文以潮流熵作為衡量節點介數分析潮流分布影響。在風力發電的節點選址介數處于較小節點，那么系統潮流熵就會呈現提升局面，出現不均勻分布。反之則會呈現均勻分布。不同節點有著不同電氣介數，在風機滲透率上升以后，潮流熵也會一同上升，其表示這風機負荷會影響系統潮流分布均勻性。

（3）方法與流程。風力發電的節點選址與滲透率會對潮流分布均勻性造成很突出的影響，加劇故障嚴重度，對故障發展有著非常不好的作用。為了更好的量化該程度，本文分析了不同介數節點以及影響規模，隨后以同位置展開分析，提出對風電滲透率變化帶來的不良影響。將風力發電站作為特殊節點聯入電網，實現對電網拓撲結構的調整以及潮流分布的改變。隨后應用故障模型計算變化聯通能力與矢負荷比。通過多次的仿真獲取故障過程與聯通能力、矢負荷比平均值，減少外在因素、隨機因素帶來的干擾與影響。

4 結語

參照連鎖故障的規模與情況可以得知，在滲透率提升以后，聯通性與矢負荷比會得到提升。也就是說滲透率在增加以后，連鎖故障問題也會不斷加劇。面對同樣滲透率，節點介數越高，則聯通性與矢負荷比會越小。反之則越大。在風電負荷加載介數小的時候，會出現較大的系統潮流熵，呈現不均勻分布，會加劇連鎖故障與線路重載問題。

參考文獻：

[1]葉迪卓然，蔡旭，饒芳權.應用于雙饋風機高低壓穿越的串聯阻抗保護方案[J/OL].電源學報，1-16.

[2]曾文珺，呂麗霞.數據挖掘技術在風力發電中的應用綜述[J].儀器儀表用戶，2019，26（04）：95-99+9.