考慮風電出力不確定的風電并網(wǎng)優(yōu)化探究

閆天一，邱殿成，葛晨陽

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港市贛榆區(qū)供電分司，江蘇連云港 222100）

引言

隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，風電行業(yè)的發(fā)展越來越快。我國安裝的風電裝機量占到全球總量的三分之一，且還在以每年超過25 GW的速度增長。由于全球環(huán)境問題日益嚴重和我國的資源日漸短缺，為了加快可持續(xù)發(fā)展的步伐，我國大力發(fā)展風電并網(wǎng)，目前風電并網(wǎng)已經(jīng)成為比較成熟的新能源。但風電出力的不確定性是目前風電并網(wǎng)面臨的一項巨大挑戰(zhàn)，研究風電出力的隨機性、間接性等特點，針對不同特性優(yōu)化風電并網(wǎng)，可以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，有效降低成本。

1 風電出力的特性

風電是將風能轉變成機械能再轉變成電能，所以風電出力與風速有著緊密的聯(lián)系，風速對風電出力的影響較為明顯。分析風速的規(guī)律有利于正確理解并把握風電出力的規(guī)律，自然界中，風有明顯的隨機性和波動性，受氣候和地形的影響較大，時大時小，斷斷續(xù)續(xù)，且不可控制。風由基本風、陣風、漸變風和隨機風組成，風電出力最主要的是基本風，它作用于風機運行的全程中。風電出力隨著風速立方的增大而增大，由于風速的不確定性導致風電出力的不確定性[1]。除了風速影響風電出力，風電裝機內部機械的運行對風電出力也有一定的影響，機械的運行停滯，力矩變化等也時刻影響著風能、機械能和電能之間的轉換，在轉換中難免會產生其他的損耗或者熱能造成風電出力的不確定。風電出力的不確定性會加大風電并網(wǎng)系統(tǒng)的難度，使電力系統(tǒng)的運行數(shù)值偏離正常的穩(wěn)定值，進而造成系統(tǒng)不平衡，影響風電的安全性和可靠性。

通過相關研究人員的專業(yè)分析，與傳統(tǒng)的火電機組相比，風電出力由于風速的不確定性導致風電的輸出功率會在短時內頻繁變化，通常情況下雖然風電可以滿足人們的電力需求，但沒有與火電機組一樣相對穩(wěn)定的發(fā)電容量。

2 風電出力不確定性分析

風電出力有著明顯的波動性、間接性和隨機性[2]，形成這些特性的因素主要有風速的不確定性、風電轉換過程中的不確定性以及風電系統(tǒng)外部的不確定性。由于地形、高度、空氣密度、氣流流向等原因，導致風速在風向、脈動風速等時空分布上不確定，風速預測系統(tǒng)對風的時空分布不能完整反映，對系統(tǒng)的評估影響較大，增大評估結果的誤差。風電轉換過程中的不確定性首先是風機出現(xiàn)故障造成的，比如風機脫網(wǎng)，檢修等；其次，最大風電功率的追蹤過程中出現(xiàn)的較大變化和遠程調節(jié)工況等問題也會影響風電間的轉換；最后，風電裝機的機組運行特性也會出現(xiàn)相應的變化，導致風電轉換不確定。風電系統(tǒng)外部的不確定包括節(jié)假日等重大社會活動時的電量需求及供應等。

風電的不確定性不采用高斯分布來描述，較大時間尺度通常采用2參數(shù)的Welbull分布模型，描述短時間內的風速概率時只需增加參數(shù)個數(shù)即可[3]。風電場的聚集可以降低風電總功率的不確定性，可以依據(jù)風電場的時序來協(xié)同調頻控制。風電出力的不確定性會造成電壓波動，其中并網(wǎng)連接點短路、風速和塔影效應都會造成電壓閃變，電壓閃變引起電網(wǎng)電壓的波動較大，進而造成風機頻繁脫網(wǎng)出現(xiàn)故障。風力發(fā)電的不確定性還會影響電能質量，在風電并網(wǎng)瞬間產生的電流可達到額定電流的2倍左右，風機脫網(wǎng)時最高可使電壓升高10%左右，嚴重影響電能的質量。

3 風電并網(wǎng)優(yōu)化策略

3.1 預測風電功率

充分利用超短期、短期、長期等不同時間尺度的風電功率預測技術，將風速的不確定性轉變成風電功率預測的不確定性，再提高風電功率預測的精確度，進而減小風電的不確定性，完善天氣預報的歷史數(shù)據(jù)可以提高風電功率預測的精確度，還可以采用智能算法等組合預測模型來減小預測誤差。

3.2 提高風電場的可控性

采用傳感技術、通信技術和調度控制技術等提高風電場的可控性，利用風電場的綜合控制來降低風電出力的不確定性。依據(jù)風電裝機的機型以及分布位置對同一風電場分群，同一群組的風電機采用一種控制策略，不同群組相互協(xié)調，進行有效控制，達到平滑控制總功率[4]；還可以采用儲能和變流器技術來調節(jié)有功功率波；采用分層控制法來進行無功控制，用分區(qū)控制來進行無功調節(jié)，進而實現(xiàn)有序控制，達到優(yōu)化風電并網(wǎng)的目的。

3.3 采用故障穿越術調節(jié)

風電機組運行過程中會出現(xiàn)短路等故障造成風電出力不確定，針對這一問題，可以采用變槳距控制，串聯(lián)網(wǎng)側變換器的拓撲結構等故障穿越術來調節(jié)因短路造成的電壓不穩(wěn)定。

3.4 采用大容量儲能技術

采用大容量的儲能技術來解決電能質量問題，目前使用最多的儲能手段是抽水蓄能，它能在提供超大功率和超大電量的同時擁有較低的成本，除抽水蓄能外還有電池儲能與壓縮空氣儲能手段[5]。儲能系統(tǒng)調節(jié)風電功率主要有：通過功率追蹤來優(yōu)化調度策略，進而調節(jié)風電功率的波動；通過非功率追蹤的參與來穩(wěn)定風電功率。