風(fēng)電光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定及控制策略研究

阿拉坦沙

摘要：隨著近幾年來我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在人們生產(chǎn)生活過程中電能消耗量也在逐漸增加。雖然各行業(yè)的快速發(fā)展對(duì)于國家經(jīng)濟(jì)增長來說具有極大的推動(dòng)作用，也能為人們創(chuàng)造出更好的生活條件。但是，資源的過度消耗不僅會(huì)對(duì)國家能源儲(chǔ)備造成影響，而且也會(huì)造成生態(tài)環(huán)境平衡遭到破壞。而風(fēng)電以及光伏電的出現(xiàn)則很好的解決了這些問題，由于風(fēng)能和光能都是可再生新能源，將其應(yīng)用在電力行業(yè)能夠節(jié)約大量能源。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電;光伏發(fā)電;電壓穩(wěn)定;控制

引言

電網(wǎng)系統(tǒng)在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了非常重要的作用，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行能夠極大的促進(jìn)國家平穩(wěn)發(fā)展，而且也能有效提升社會(huì)生產(chǎn)生活質(zhì)量。在電能生產(chǎn)方面國家每年都會(huì)投入大量的資源，以此來確保電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。而隨著現(xiàn)代綠色生產(chǎn)概念的提出，電力行業(yè)也在不斷探索綠色生產(chǎn)方式，而風(fēng)電以及光伏發(fā)電在很大程度上改善我國電力行業(yè)能耗結(jié)構(gòu)，對(duì)我國電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，運(yùn)行要發(fā)揮出了非常重要的作用。

1 風(fēng)電光伏發(fā)電接入電網(wǎng)電壓運(yùn)行現(xiàn)狀

對(duì)于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定來說，其主要指的是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)在受到外界因素干擾后人能夠維持電壓穩(wěn)定，而電壓的穩(wěn)定運(yùn)行在很大程度上取決于電力系統(tǒng)功率平衡。在電網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，主要可以通過靈敏度法、pv曲線法來測(cè)試電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，而隨著現(xiàn)代新能源在電力行業(yè)的不斷滲透，在傳統(tǒng)電壓穩(wěn)定分析方法的基礎(chǔ)上，電力行業(yè)的專家也針對(duì)風(fēng)電以及光伏發(fā)電電網(wǎng)電壓穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行了深入研究。而我國大型的風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電網(wǎng)通常情況下都在電網(wǎng)負(fù)荷中心邊緣地帶運(yùn)行，采用遠(yuǎn)距離傳輸方式來實(shí)現(xiàn)電能傳輸。而對(duì)于風(fēng)電以及光伏發(fā)電來說其自身就存在較強(qiáng)的不確定性，由此就會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

目前，在針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電站電壓穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行分析的時(shí)候通常情況下采取的都是確定性分析方法，通過合理利用結(jié)構(gòu)分析法來針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)并網(wǎng)過程中電壓穩(wěn)定進(jìn)行分析，而針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)系統(tǒng)造成的電壓變化、負(fù)荷裕度等主要是通過pv曲線來進(jìn)行分析，針對(duì)光伏電站接入電網(wǎng)系統(tǒng)電壓運(yùn)行穩(wěn)定性則主要是通過分叉理論來進(jìn)行分析[1]。而風(fēng)電場(chǎng)以及光伏發(fā)電站本身就有非常強(qiáng)的隨機(jī)性。鑒于此，在實(shí)際中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電站進(jìn)行電壓穩(wěn)定性分析的時(shí)候?qū)Ω怕史治龇ㄟM(jìn)行了充分利用，由此來對(duì)風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電站的隨機(jī)因素進(jìn)行全面分析。

充分利用隨機(jī)響應(yīng)面法以及連續(xù)潮流法，建立起風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)接入系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定概率評(píng)估模型，在此模型基礎(chǔ)上就能夠充分利用潮流計(jì)算來得出風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷裕度概率實(shí)際的分布情況。下圖1所示為風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷裕度概率分布曲線。然后充分利用點(diǎn)估算法來針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)配電網(wǎng)把電壓穩(wěn)定運(yùn)行概率進(jìn)行評(píng)估。由于在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)利用新能源進(jìn)行發(fā)電具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，如果在實(shí)際進(jìn)行電壓穩(wěn)定概率評(píng)估模型建立的過程中將相關(guān)性進(jìn)行忽略處理，就會(huì)導(dǎo)致概率模型與實(shí)際情況出現(xiàn)不相符的現(xiàn)象，最終的評(píng)估結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。盡于此，必須要充分利用正交變換技術(shù)來對(duì)不同風(fēng)電場(chǎng)之間的相關(guān)性進(jìn)行正確處理，然后再利用非線性規(guī)劃模型以及隨機(jī)響應(yīng)面法來對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際的負(fù)荷裕度概率分布進(jìn)行精計(jì)算。

2 風(fēng)電光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的電壓控制策略分析

2.1 調(diào)節(jié)設(shè)備的控制

要想不斷提升風(fēng)電、光伏發(fā)電電網(wǎng)接入電壓穩(wěn)定運(yùn)行水平，就必須要對(duì)設(shè)備調(diào)節(jié)控制給予高度重視。在電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制過程中無功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)揮出了非常重要的作用，是保證整個(gè)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。而整個(gè)無功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備所有組成元件都與整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行存在非常緊密的聯(lián)系。

實(shí)際針對(duì)整個(gè)風(fēng)電電網(wǎng)進(jìn)行控制的過程雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用能夠發(fā)揮出巨大作用，在相關(guān)調(diào)節(jié)設(shè)備的指令作用下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠?yàn)檎麄€(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)提供足夠的無功功率，這樣不僅能夠滿足電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)電壓的實(shí)際需求，而且還能進(jìn)一步提升整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定控制起到了極大促進(jìn)作用。而針對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)控制過程中必須要提到并網(wǎng)逆變器。整個(gè)光伏電站的無功出力效率、出力質(zhì)量等都與并網(wǎng)逆變器存在較大關(guān)聯(lián)，下圖2所示為風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電站出力累計(jì)概率分布曲線。在整個(gè)光伏發(fā)電電網(wǎng)中，一旦并網(wǎng)逆變器出現(xiàn)運(yùn)行問題，不僅會(huì)對(duì)整個(gè)光伏電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓控制效率下降。鑒于此必須要對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行全面了解[2]。

2.2 電壓分層模型控制

在實(shí)際針對(duì)風(fēng)電以及光伏發(fā)電接入電網(wǎng)進(jìn)行控制的過程中分層模型控制也是一種非常重要的控制措施。相關(guān)研究人員在實(shí)際針對(duì)電壓調(diào)節(jié)設(shè)備特性進(jìn)行分層模型研究的同時(shí)，充分結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)光伏發(fā)電站相關(guān)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來制定出合理的分層控制措施。通常情況下，針對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)建立電壓分層模型，建立時(shí)主要從以下兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮。

首先，針對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)電容器組以及變壓器等設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)分析，這主要是因?yàn)殡娙萜鹘M以及變壓器在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中發(fā)揮的作用非常重要，而相關(guān)工作人員很難實(shí)現(xiàn)對(duì)上述兩種設(shè)備的連續(xù)調(diào)節(jié)。因此在實(shí)際中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)以及光伏發(fā)電站整體電網(wǎng)系統(tǒng)電壓控制措施制定的過程中，必須要對(duì)上述兩種設(shè)備的基礎(chǔ)條件量進(jìn)行充分參考，然后根據(jù)實(shí)際功率數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓偏差的控制，這樣才能充分保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

其次，必須要針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站以及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行深入分析。這主要是因?yàn)樵谡麄€(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)日常的運(yùn)行過程中，上述幾種設(shè)備多數(shù)都是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)微調(diào)，基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)無功電壓的有效控制。而在電壓傳輸過程中，風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站以及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備之間如果能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，就會(huì)有效提升整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

綜上所述，要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)電以及光伏發(fā)電在整個(gè)電力行業(yè)中作用的充分發(fā)揮，進(jìn)一步提升整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不僅用全面了解風(fēng)電、光伏發(fā)電以及電網(wǎng)系統(tǒng)相互之間的關(guān)系，還必須要針對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電以及整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)制定出合理的控制措施，這樣才能進(jìn)一步提升電網(wǎng)系統(tǒng)電壓運(yùn)行穩(wěn)定性。

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