探析風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)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(wǎng)后，系統(tǒng)頻率與電壓的穩(wěn)定性等方面勢必會受到一定的影響，導致了電力系統(tǒng)的調(diào)度運行工作無法正常進行。因此，本文從風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)頻率與電壓穩(wěn)定兩個方面對此展開了分析，并以此來研究風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)度運行造成的影響。

關鍵詞：風電并網(wǎng) 電力系統(tǒng) 調(diào)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(fā)電作為三大電力來源中最新的發(fā)電技術，與傳統(tǒng)的發(fā)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(yǎng)的電力開發(fā)項目之一。然而，由于風力發(fā)電當中，受到風速以及并網(wǎng)前后相關因素的影響，風力發(fā)電的系統(tǒng)頻率與電壓頻率時常會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，極大程度上影響了我國風力發(fā)電未來的發(fā)展，必須及時采取有效的方法解決。

1 風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)頻率分析

1.1 維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的方法

在傳統(tǒng)的科研項目中，我國對電力系統(tǒng)穩(wěn)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(wěn)定，卻忽略了頻率穩(wěn)定的問題。隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的負荷越來越大，系統(tǒng)頻率失穩(wěn)的情況時常發(fā)生，為城市電力系統(tǒng)的正常運行埋下了不安全的隱患，因此，有必要對電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性問題展開系統(tǒng)性的研究。由于其動態(tài)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(tài)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(wǎng)后的電力系統(tǒng)頻率分析

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

1.3 實驗分析

為了分析風電機組并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)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(fā)電機組并網(wǎng)前后系統(tǒng)頻率的變化；風速不同的情況下，風力發(fā)電機組并網(wǎng)后對系統(tǒng)頻率的影響；風速相同但負荷水平不同的風力發(fā)電機組并網(wǎng)后對系統(tǒng)頻率的影響。

（1）風力發(fā)電機組并網(wǎng)前后系統(tǒng)頻率的變化如圖1所示。

圖1中的曲線1代表了風力發(fā)電機組并網(wǎng)前的系統(tǒng)頻率，曲線2代表了并網(wǎng)后的系統(tǒng)頻率。比較來看，風力發(fā)電機組并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)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(fā)電機組并網(wǎng)后對系統(tǒng)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(fā)電機組在并網(wǎng)后，受到不同風速影響系統(tǒng)頻率產(chǎn)生的變化情況。從圖中的實際情況不難看出，雖然電力系統(tǒng)頻率受風速影響產(chǎn)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(fā)電機組在并網(wǎng)后，風速的改變還是會對其系統(tǒng)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(wěn)定分析

將滑差S作為變量，建立風力發(fā)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(wěn)定節(jié)點的參考依據(jù)，并為今后的工作提供可靠的指導。與傳統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)電壓不穩(wěn)定的原因，并判斷出不穩(wěn)定電壓發(fā)生的區(qū)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(zhuǎn)速；n為轉(zhuǎn)子的速度。Pr=-I2rRr（1-S）/S，其中Rr為異步電動機轉(zhuǎn)子的電阻；S為滑差。

從上述公式中不難看出，當滑差S產(chǎn)生了變化的時候，Pr也隨之產(chǎn)生了變化。根據(jù)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(diào)節(jié)，實現(xiàn)二者的相互平衡。考慮了異步風力發(fā)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(jù)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(tǒng)變量中一些極其微小的數(shù)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(wěn)定時的靈敏度。

電力系統(tǒng)潮流方程表達式為f（x，u，p）=0。

其中，x相當于其中的狀態(tài)變量，而u則相當于是控制變量，p作為實際參數(shù)來進行使用，例如：有功負荷與無功負荷等。由此，根據(jù)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(tài)變量為x時，對應的參數(shù)p變化的靈敏度。

Sxu表示的是當狀態(tài)變量為x時，對應的控制變量u變化的靈敏度。

（3）風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)電壓技術規(guī)定。

從實際的情況來看，風電并網(wǎng)后，系統(tǒng)在電壓穩(wěn)定性方面的確受到了一定的影響。為了有效地協(xié)調(diào)風力發(fā)電機與電網(wǎng)之間的運行情況，我國先后出臺了相關的技術規(guī)定，對并網(wǎng)后的風力發(fā)電機組在調(diào)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(wǎng)運行的過程中，電壓出現(xiàn)震蕩的情況，要及時向電網(wǎng)調(diào)度相關部門進行報告，不得在電壓不穩(wěn)的情況下私自合閘送電。

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

最后，一旦風力發(fā)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(wěn)定性以及頻率波動等方面對風力發(fā)電機并網(wǎng)后，對電力系統(tǒng)調(diào)度運行產(chǎn)生的影響進行了分析。通過實踐驗證，數(shù)據(jù)計算分析等方法對其研究的內(nèi)容進行的論證與分析，風力發(fā)電作為一項無污染、無能耗的綠色發(fā)電工程，在我國電力系統(tǒng)未來的發(fā)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(fā)電系統(tǒng)中存在的問題進行探討與研究，推動我國風力發(fā)電事業(yè)不斷的成熟與發(fā)展。

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