風電的發(fā)電特性及優(yōu)化運行技術(shù)分析

摘?要：風力發(fā)電作為可再生清潔能源風能的轉(zhuǎn)化利用，在能源替代與節(jié)能減排的低碳電力發(fā)展中扮演重要角色。風速具有概率隨機性和參數(shù)模糊性的多重不確定性特征，風電并網(wǎng)后其隨機模糊不確定注入功率影響電力系統(tǒng)潮流分布與調(diào)度決策，需要對風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)采取優(yōu)化運行技術(shù)，文章詳細分析了風電的發(fā)電特性及優(yōu)化運行技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風電;發(fā)電特性;優(yōu)化運行;技術(shù)

一、 引言

近年來，傳統(tǒng)能源不僅傳出能源緊缺問題，更由于其污染氣體的排放引發(fā)環(huán)境問題而讓人深惡痛絕。全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型勢在必行，清潔能源正在逐漸取代傳統(tǒng)能源的使用。風力發(fā)電作為重要的能源形式，由于其具有節(jié)能減排，取之不盡的特性深受喜愛，未來風力發(fā)電在我國的應用范圍將會進一步擴大。與此同時，風力發(fā)電出力的隨機波動性也給電網(wǎng)運行帶來一定的影響和挑戰(zhàn)，系統(tǒng)面臨一定的新能源消納壓力，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，為此，首先，分析了風力發(fā)電的出力特性，其次，分析了風力發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響，最后，對風力發(fā)電的優(yōu)化運行技術(shù)進行了實例分析。

二、 ?風電的發(fā)電特性

風電的出力大小具有明顯的間歇性和波動性，在較長的時間尺度下，出力時大時小，與風速具有直接的關(guān)聯(lián)。對于風電出力大小的表示，可以采取分段線性公式進行表示。當風速在不同的區(qū)間時，風電機組的出力大小也有所不同，從而較為準確地表達出風電的出力特性。對于風速的模擬，可以采用威布爾分布函數(shù)進行表示。當準確表達出風電的發(fā)電特性之后，就可以對風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)進行優(yōu)化運行，提高風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性。

三、 ?風電發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度和靈活運行模型

對于風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)優(yōu)化運行，可以根據(jù)風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)實際情況，采用優(yōu)化調(diào)度策略，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和靈活運行水平。在分析風電發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化運行之前，首先需要構(gòu)建風電發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度模型，在模型中考慮多種影響風電消納的因素，為此以下分別對模型中的目標函數(shù)、約束條件和模型的具體求解算法等進行分析。

（一）目標函數(shù)

文章以系統(tǒng)的風電消納電量最大為目標函數(shù)，風電發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型的目標函數(shù)如下式所示。

上式中的Pw，t為風電在時段t的消納電量，目標函數(shù)前面取負號，就可以轉(zhuǎn)化為最小值優(yōu)化問題，方面后續(xù)對模型的求解。

（二）約束條件

在風電發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型中，常規(guī)的約束條件包括系統(tǒng)的有功功率平衡約束、各個節(jié)點電壓在合理的范圍之內(nèi)，各線路的潮流在允許的載流量范圍之內(nèi)等。除此之外，對于系統(tǒng)中并網(wǎng)的風電，應根據(jù)各個風電場的具體裝機容量，具有一定的出力上下限約束，如式（2）所示。

在上式中的Pprew，i，t為風電的預測出力。此外，常規(guī)火電機組應該滿足一定的機組爬坡約束，如式（3）所示。因為風電的出力具有一定的間歇性，常規(guī)火電機組應該能夠追隨可再生能源發(fā)電的實時變化，以保證系統(tǒng)的功率實時平衡。

在上式（3）中的PupG，i和PdownG，i分別為常規(guī)火電機組的出力增減速率，速率越大，表明機組的爬坡能力越強。對于并網(wǎng)的風電電源，應采用一定的功率控制方式。若風電電源采用恒功率因素運行方式，即應滿足如下等式約束。

式中Qw，i，t分別為風電在時段t的無功出力。對于風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型的求解，需要采用相應的優(yōu)化算法進行求解。

四、 案例分析

對上述構(gòu)建的風電發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型進行求解，首先通過求解機組組合模型，確定機組合理的開機方式。在此基礎(chǔ)上就可以具體分析風電并網(wǎng)的消納電量情況。在模型的具體求解中，主要采用的為預測校正內(nèi)點法進行優(yōu)化模型的具體求解。文章采用IEEE 39節(jié)點算例對電力系統(tǒng)中的并網(wǎng)風電消納進行分析，將系統(tǒng)中的節(jié)點12接入風電場，進行分析可再生能源的并網(wǎng)消納情況。當分別構(gòu)建不同的場景，在風電具有不同的裝機容量下分析風電的消納情況。場景1為風電的裝機容量為1190MW，場景2為風電的裝機容量為1800MW，場景3為風電的裝機容量為2300MW。在上述各種場景下的系統(tǒng)棄風率、棄光率和可再生能源的滲透率如表1所示。

由表1可知，當風電的裝機容量越大時，則系統(tǒng)的棄風率隨之增大，因為系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)的資源難以滿足大規(guī)模風電并網(wǎng)的消納需求，故有一部分的可再生能源電量無法消納，在發(fā)展可再生能源時，應考慮到電力系統(tǒng)的實際情況。同時，在風電出力較大的時段，此時火電機組的出力曲線會有明顯的降低，表明火電需要騰出一定的空間用以接納可再生能源的電量。當可再生能源的電量較小時，則需要火電機組進一步增大有功功率，以滿足系統(tǒng)的負荷需求。

五、 結(jié)語

近年來，風電的裝機容量在不斷擴大，風力發(fā)電在系統(tǒng)中的占比不斷提高，可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為我國重要的能源形式之一。但可再生能源具有隨機性和波動性，大量可再生能源并網(wǎng)后會給系統(tǒng)帶來一定的沖擊和挑戰(zhàn)，文章主要分析了風電發(fā)電系統(tǒng)的消納問題和運行靈活性問題，以使風電并網(wǎng)后系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運行。

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作者簡介：馬彬彬，濟南和源工程咨詢有限公司。