風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)度運行的影響

朱雲(yún)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(jīng)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(diào)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(jīng)勢在必行。研究電力系統(tǒng)中風網(wǎng)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(jù)風電并網(wǎng)的實際狀況選擇對應的研究方法。

（二）風電并網(wǎng)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(diào)節(jié)對其進行控制。風力發(fā)電在我國已經(jīng)發(fā)展了數(shù)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(wǎng)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(xiàn)階段整體的電力網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)后電力系統(tǒng)調(diào)度中出現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)前與并網(wǎng)后對應的實際數(shù)據(jù)、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(wǎng)前與并網(wǎng)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(wǎng)之前與之后電力系統(tǒng)頻率變化探究

根據(jù)關于風電并網(wǎng)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(xiàn)風電并網(wǎng)前電力系統(tǒng)本身的頻率沒有大的變化，而在風電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)本身的頻率變化呈現(xiàn)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(wǎng)之后電力系統(tǒng)頻率變化探究

風速不同狀況下風電并網(wǎng)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。由此可做出以下判斷：風電并網(wǎng)后，風速的不同會對電力系統(tǒng)的頻率波動產(chǎn)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(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)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(jù)，并為其后的相關工作提供對應的可靠數(shù)據(jù)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(xiàn)電壓不穩(wěn)定的具體原因，并明確其不穩(wěn)定電壓產(chǎn)生的具體范圍。滑差在隨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(jù)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(diào)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(shù)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(shù)展開應用，比如在無功負荷與有功負荷方面的應用。據(jù)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：?x=-?u·σf/（σu）·[σf/σx]-1-?p·σf/σp·[σf/σx]-1=?uSxu+?pSxp。試中Sxp指的是當處于x 狀態(tài)變量時，參數(shù)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(shù)u 變化時對應的靈敏度[4]。

（三）風電并網(wǎng)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(wǎng)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(xié)調(diào)好電網(wǎng)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(wǎng)后的系列電力調(diào)度過程提出了各種細致的要求。具體的要求主要表現(xiàn)在以下三個方面：

其一，若是風電在完成并網(wǎng)活的運行途中出現(xiàn)電壓震蕩的狀況，應向電網(wǎng)調(diào)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(wǎng)后的系列運行電力偏差，在電壓偏差控制在10%以內(nèi)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(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)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(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)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(wǎng)后對電力系統(tǒng)調(diào)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(shù)據(jù)進行了驗證，再結合系列的數(shù)據(jù)計算分析對研究的中心內(nèi)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。