風電并網對電力系統(tǒng)調度運行的影響

朱雲榜

（中國大唐云南發(fā)電有限公司新能源分公司，云南 昆明 650000）

引言：風力發(fā)電是當前中國三大電力中最為天然的發(fā)電方式，其對自然環(huán)境的破壞程度最小，且取之不盡用之不竭，是當前國家重點發(fā)展的行業(yè)，但是其也會受到風力、風速等多方面的影響，這些因素會對發(fā)電系統(tǒng)本身的電壓與頻率等造成較大的影響，因此對其進行探究，進而降低其對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響已經勢在必行。

一、電力系統(tǒng)頻率研究

（一）電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定的必要性

在過往的相關科研項目研究中，很多專業(yè)的研究者將電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究集中在功用與電壓兩個方面，但是對于電力系統(tǒng)本身的頻率穩(wěn)定性卻有所忽略。在社會需求的逐年增長下，電力系統(tǒng)本身所承擔的負荷亦在逐步變大，在這種情形下頻率失穩(wěn)狀況時有發(fā)生，這給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了較大的安全隱患。因此對電力系統(tǒng)調度運行時的頻率穩(wěn)定性進行科學、系統(tǒng)的、深入的研究已經勢在必行。研究電力系統(tǒng)中風網頻率的穩(wěn)定性的方法分為動態(tài)與靜態(tài)兩種方式，其中動態(tài)研究方式有著過于緩慢復雜的過程，難以在迫切情況下解決燃眉之急，且在實際的頻率維穩(wěn)時難以起到對應的作用，因此文章從靜態(tài)的角度進行風電系統(tǒng)維穩(wěn)的研究，而靜態(tài)研究又分為直接法與快速評估法，應根據風電并網的實際狀況選擇對應的研究方法。

（二）風電并網電力系統(tǒng)頻率分析

與火力發(fā)電、水力發(fā)電相比，風力發(fā)電相對來說有著較大的不確定性，在穩(wěn)定性以及強弱波動性方面相對較差，功率輸出受到自然風力的影響較大，難以通過人力調節(jié)對其進行控制。風力發(fā)電在我國已經發(fā)展了數十年，有著較大的、完善的、具體化規(guī)模，將風力發(fā)電納入當前的發(fā)電網絡對于提升風力功率以及波動的穩(wěn)定性有著較大的提升作用。從電力安全運行方面來講，在現階段整體的電力網絡中，風電場本身即為一個涵蓋范圍較廣的干擾發(fā)生源，對穩(wěn)定電力系統(tǒng)有著較大的影響。因此為提升風力發(fā)電的功率穩(wěn)定性及其本身的工作效率，以及加強對風力資源的挖掘，需強化對風電并網后系統(tǒng)頻率的研究工作，以此來保障資源的最大化利用[1]。

（三）實踐探究

為對風電并網后電力系統(tǒng)調度中出現的頻率變化狀況，可借助風速模擬機、算力模型等輔助工具進行對應的試驗來探究電力系統(tǒng)頻率所處的高度以及本身的穩(wěn)定性，以此來得出準確的結論。實驗主要目的是觀察與對比風電并網之前與之后電力系統(tǒng)本身的頻率變化狀況。其次還需觀察在不同條件的風速下，發(fā)電機組并網前與并網后對應的實際數據、電力系統(tǒng)的頻率以及對應的影響程度。最后即需探究在同等風速條件下不同負荷時發(fā)電機組并網前與并網后，發(fā)電機組整體以及對應的頻率受影響狀況。

1.風電并網之前與之后電力系統(tǒng)頻率變化探究

根據關于風電并網之前與之后電力系統(tǒng)頻率變化制定對應的曲線圖，觀測對應的曲線圖發(fā)現風電并網前電力系統(tǒng)本身的頻率沒有大的變化變化，而在風電并網后電力系統(tǒng)本身的頻率變化呈現出幅度較大的不規(guī)則狀態(tài)。

2.風速不同狀況下風電并網之后電力系統(tǒng)頻率變化探究

風速不同狀況下風電并網之后電力系統(tǒng)頻率變化情況可繪制對應的曲線圖來進行比較，用曲線a、曲線b、曲線c 等來代表不同風速下電力系統(tǒng)本身的頻率變化狀況。觀測繪制的圖中曲線狀況可知，雖電力系統(tǒng)頻率會較大程度地受到風速的影響，且在波動頻率上有著一些差異，但是趨勢基本一致。由此可作出以下判斷：風電并網后，風速的不同會對電力系統(tǒng)的頻率波動產生不同程度的影響，其后再在具體的實踐中進行該項判斷的論證，得出一致的結論。

二、考慮風電機滑差的電壓穩(wěn)定分析

將滑差S 作為風電并網對電力系統(tǒng)調度運行分析的變量，以此為基礎構建風力發(fā)電機模型，將風速間斷性、負荷、滑差以適宜的方式在潮流算法中融入，按照固定的流程計算出對應的潮流算法結果，以此來電壓不穩(wěn)定節(jié)點觀察依據，并為其后的相關工作提供對應的可靠數據支撐與指導，與傳統(tǒng)形式的計算方式相比，該計算分析方式可較為準確的指出造成電力系統(tǒng)出現電壓不穩(wěn)定的具體原因，并明確其不穩(wěn)定電壓產生的具體范圍?；钤陔S機負荷以及對應風速的狀況下顯示的電壓靈敏度指標如下所示[2]。

（一）考慮滑差S 的潮流計算

按照以下公式進行對應的計算：S=n/n1，其中S 指的是電力系統(tǒng)的滑差，n 指的是轉子所處的轉速，n1指的是同步轉速。Pr=-（1-S）RrI2r/S，其中Rr 指的是異步電動機轉子的實際電阻，S 指的是滑差。由以上公式可以看出，若是S 發(fā)生變化，Pr 亦會同步發(fā)生變化。按照功率平衡原則來說，風力發(fā)電機組本身的機械功率與其有機功率始終保持在相等狀態(tài)，若是功率難以保持平衡，則需根據風電機組所處的狀態(tài)以及變化需求進行滑差S的定向調節(jié)，以此來維持二者始終處于平衡狀態(tài)[3]。綜合考慮風電機組本身的滑差以及對應的風速隨機性變化，可列出對應的潮流計算公式，按照其對應的公式來分析其實際的變化情況：

（二）滑差后的靈敏度指標

一般情況下在分析風力發(fā)電系統(tǒng)中變量中一系列較為微小的數量變化狀況時，可借助靈敏度等對應的指標來進行計算與測量，以此來把握風電系統(tǒng)電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)時具體的靈敏度，可以以下方程式來闡述風電系統(tǒng)的潮流方程表達式：f（x，u，p）=0，方程表達式中的x 指的是系統(tǒng)中的狀態(tài)變量，u 指的是控制變量，p 則會通過實際參數展開應用，比如在無功負荷與有功負荷方面的應用。據此，通過潮流可行解點線性化能夠得出以下較為完整的關系式：Δx=-Δu·σf/（σu）·[σf/σx]-1-Δp·σf/σp·[σf/σx]-1=ΔuSxu+ΔpSxp。試中Sxp指的是當處于x 狀態(tài)變量時，參數p 變化時對應的靈敏度，Sxu指的是當處于x 狀態(tài)變量時，參數u 變化時對應的靈敏度[4]。

（三）風電并網后電力系統(tǒng)電壓技術相關規(guī)定

按照上述的分析以及實際狀況來講，在進行風電并網之后，電力系統(tǒng)本身的電壓穩(wěn)定性明確受到了不同程度的影響。為協調好電網與風力發(fā)電機組間的運行關系，我國先后出臺了一系列專業(yè)的技術規(guī)定，并對風電機組在并網后的系列電力調度過程提出了各種細致的要求。具體的要求主要表現在以下三個方面：

其一，若是風電在完成并網活的運行途中出現電壓震蕩的狀況，應向電網調度管理部門呈送對應的報告已說明具體的情況，在電壓處于不穩(wěn)定的狀態(tài)時禁止私自合閘送電；其二，該次技術規(guī)范明確規(guī)定了風電機組在完成并網后的系列運行電力偏差，在電壓偏差控制在10%以內時，可維持風電機組保持正常運行；其三，若是風電機組超過電壓穩(wěn)定標準值的15%，應立即將其停止以避免其導致更廣范圍的損害，還需按照國家的相關規(guī)定以及行業(yè)安全法則采取對應的措施來解決對應的問題，如此才可最大限度地避免風電并網對電力系統(tǒng)調度的負面影響，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[5]。

結語：探索風電并網對電力系統(tǒng)調度運行的影響，文章從電力系統(tǒng)頻率波動以及電壓穩(wěn)定性方面，在風電并網后對電力系統(tǒng)調度運行各方面的影響進行了論述與分析。并借助后續(xù)的實驗數據進行了驗證，再結合系列的數據計算分析對研究的中心內容進行了檢驗，證明了其研究觀點的正確性。風力發(fā)電作為一種無能耗與無污染的綠色發(fā)電工程，在其后的電力系統(tǒng)發(fā)展中必將扮演著越來越重要的角色，并承擔更加重要的使命與責任，因此對電力系統(tǒng)中存在的相關問題進行研究與探討并促進其的穩(wěn)步發(fā)展，對于我國整體電力系統(tǒng)的快速發(fā)展有著積極的意義。