分散式風電多點接入協(xié)調優(yōu)化控制分析

李建龍

摘 ?要：分散式風電若采用機組并網方法，則很可能造成配電網的損失增加，以及電壓不穩(wěn)等一系列狀況?；诖?，本文結合分散式風電機組多點協(xié)調特點進行分析，對網損、電壓、功率因數等數據的關系予以明確，并對分散式多風電廠的網損情況及具體的優(yōu)化措施展開深入探討和研究，旨在將網損以及電壓偏差控制在最小，供相關從業(yè)者參考。

關鍵詞：分散式風電;多點接入;協(xié)調優(yōu)化分析

引言：

將分散式風電場并網后能夠對風電消納問題進行有效解決，在傳統(tǒng)的配電網內部，分散式風電場通常運行在最大功率點，在配網電壓以及無功控制方面并不直接參與，但具有高滲透率的分散式風電場在接入后會產生具有一定程度的間歇波動性，若不對其進行及時處理，這種波動會對安全經濟運行造成不利影響。

一、分散式風電多點接入的協(xié)調特性特點分析

分散式風電場與集中式風場在并網方式上具有一定差異性，其中，分散式風電場的并網方式是建立在變電站中的低壓側母線基礎上，或采用T（Π）方式接入線路，電壓在低壓側母線的范圍內消納，實際接入點較為多樣。分散式風電場的多點接入特點能促使網點位置與負荷側方向靠攏，由于這種接入方式使得風電場與配電網的距離較短，一般情況不增設無功補償裝置（動態(tài)化），并且風電場具有一定的間歇波動性，會造成配網的電壓不穩(wěn)定波動。

二、分散式風電功率的波動在配網電壓以及網損方面產生的主要影響

（一）配網電壓方面的影響

在分散式風電場完全連接配電網時，電網內部的主要結構具有多電源的特點，這種特點會使得線路的潮流、電壓等方面的變化更加復雜，若將線路的節(jié)點數量設置為N，節(jié)點的負荷為Ri+jXi（i=1，2，3，4…N），其中U0可設置為線路的初始電壓，Ui代表節(jié)點i所對應的電壓，若不考慮分散式風電場接入配網，并將功率的方向以及電源測流向設置為正方向，線路損耗忽略不計，那么節(jié)點每個節(jié)點之間的電壓損失為：

若不考慮電場系統(tǒng)的無功補償，其負荷的功率都是在0以上，這種情況下的電壓損失數值為正，此時電壓損失一直為正值，代表線路的電壓數值會在線路距離的增長而減少。由于分散式風電場的功率具有一定的隨機波動性，使得配電網內的各個節(jié)點電壓分配更加復雜化?；诖?，需對分散式風電場的功率因數進行有效調節(jié)，或將其功率設置為無功功率，以此達到優(yōu)化電壓分配的效果，以此將電壓偏差降低。若功率因數為正，則風電場的消耗無功功率，電壓偏差惡化;若功率因數為負，可通過并網方式將變流器以及電容發(fā)出無功功率，通過這種方式能夠有效優(yōu)化電壓分布曲線。

（二）配電網網損方面

當分散式風電場接入配電網后，電網系統(tǒng)總的有功功率PLDWF為：

無功功率網損為：

其中，Pi、Pj為節(jié)點，i、j為有功功率，Qi、Qj：節(jié)點，i、j為無功功率，

Ui、Uj為節(jié)點，i、j電壓;

δij：i、j的間功角;

rij：i和j的間電阻;

xij：i和j節(jié)點間電抗;

PGi、QGi：分別為節(jié)點i的注入有功功率和無功功率;

Pei：節(jié)點i的有功功率;

φei：節(jié)點i的功率因數角;

PLi、QLi：分別為節(jié)點i的負荷有功需求和負荷無功需求;

不難看出，分散式風電場的注入功率若呈現(xiàn)增加趨勢，電網方面的輸送負荷則會逐漸減少，使得有功功率的網損有所降低。若網損的有功功率控制到最小，并將風電機組的有功功率持續(xù)增加，則會直接造成逆向潮流的情況出現(xiàn)，使得網損現(xiàn)象加重。若并網后的分散式風電場的功率保持不變，一旦功率因數升高，則會造成有功功率增加，并使網損出現(xiàn)先減后增的情況出現(xiàn)。其中，配電網的網損與風電機組的注入功率以及功率因數方面的影響，符合拋物線特征。

三、分散式風電場多點接入協(xié)調優(yōu)化要點分析

（一）電壓偏差的主要特點

電壓偏差是指對系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷數據和衡量標準的指標，當分散式風電場連接并網時，該接入點區(qū)域所產生的電壓偏差δv

為：

UN：節(jié)點間的電壓額定值。

若此電力系統(tǒng)處于正常運作狀態(tài)，距離母線越近的區(qū)域電壓偏差是相對較小的，反之電壓偏差越大。對于分散式風電場的多點接入方式，相關技術人員需對不同風機在接入點區(qū)域的電壓偏差進行全面分析，使其協(xié)調運行。

（二）總網損率的定義及特性

在配網正常運行過程中，只有將有功網損以及無功網損控制在最小范圍內，配網才會達到一個相對經濟的狀態(tài)。其中，接入點的有功網損率APL以及無功網損率RPL分別為：

、

由于功率因數的差異會對網損產生不同程度的影響，技術人員需定位風電機組的最佳接入點以及功率因數，將網損降到最低?；谧钚≈档挠泄W損以及無功網損的多目標函數公式為：

其中，Itotal：總網損率;

σ1，σ2：分別為有功網損和無功網損的權重系數（0≤σ1≤1，0≤σ2≤1，σ1+σ2=1）。在實際的運行條件下，連同外界的有效控制能夠將風電機組的實際運行功率因數予以確定。

（三）雙層調控優(yōu)化

1.電壓偏差方面

若將風電機組的功率因數設置為不變，那么分散式風電場多點接入多目標函數計算式為：

其中，α1，α2：網損率和電壓偏差率的權重系數（α1+α2=1）;若電氣距離增加，那么α2對應的偏差率也會相應增大。多目標函數主要包含有功網損率和無功網損率以及節(jié)點間的電壓最大偏差率δv構成，計算偏導為：

若風電機組的功率因數為1，最小網損的情況下的風電機組容量為：

若風電機組的功率計算數值有所差異，則表示配電網的有功網損和無功網損都沒有控制于最小值，使得功率因數發(fā)生改變，造成配電網的網損呈現(xiàn)增加趨勢，其中網損的最小值通常根據kii、hij、γii、ξij等參數決定。

本文針對分散式風電機制定的多點接入協(xié)調方案，其核心內容通常為不同接入條件下的實際網損值，并將不同網損條件下的電壓偏差值控制在最小，再結合電氣距離將網損率和電壓偏差率的權重系數予以確定，最終將網損率、電壓偏差率的綜合值控制到最低，這種情況下所產生的優(yōu)化策略通常具有高度的協(xié)調性。

2.雙層調控多點優(yōu)化策略

分散式風電機組在接入雙層調控模式中，其關鍵內容主要包括整定層以及分配層，并通過多目標函數計算流程將網損值和電壓偏差予以降低，然后，再將接入點的容量、功率因數進行合理分配，促使分散式風電機的功率因數可以有效優(yōu)化。在經過上述嚴格計算流程后，網損最小值以及電壓偏差的數據則以此確定，基于上述計算求得的最小網損和電壓偏差，可通過系統(tǒng)將接入點提前預設，將每個點根據系統(tǒng)預先設定，并以此計算容量之和的最大值以及最佳接入點，通過這種方式計算出風電機組的實際功率因數。

（四）結果分析

在分散式風電機接入相應的配電網之后，可對電壓負荷提供潮流，其中主網對負荷輸送功率有所降低后，無功損耗相應減少。不難看出，這種方式與集中式接入配網的方式，要更加具有協(xié)調性和可控性。當采取分散式風電多點接入方式時，這種情況不僅能夠使得風電的接入容量有所提高，也能夠使得網損和電壓偏差兩方面的參數降低，以達到促使系統(tǒng)穩(wěn)定運行的作用。尋找最佳接入點，并將接入容量增強，提高配網運作效率，是確保配電網穩(wěn)定、高效運行的最佳方式。

結論：總的來看，能夠對分散式風電機配網產生影響的因素主要有無功、有功兩種網損以及電壓偏差三方面的指標。為促使其達標，相關人員需建立多目標函數將功率因數控制在最佳點。雙層協(xié)調最為優(yōu)控制方式能夠將配網的網損值明顯降低的同時將母線的電壓水平提高，促使整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，既保證了運作的協(xié)調性，也將功率因數有效滯后，將電壓偏差降低。

參考文獻：

[1]吳曉平.利用閑置地塊開發(fā)分散式風電的風機選址與選型研究[J].南方能源建設，2021，8（02）：46-51.

[2]劉昊，王瑋，崔嘉.分散式風電多點接入協(xié)調優(yōu)化控制策略[J].可再生能源，2020，38（02）：218-224.

[3]劉嘉超，劉建偉，王明，等.典型分散式風電工程電力系統(tǒng)接入優(yōu)化設計[J].電網與清潔能源，2019，35（06）：60-68.