风力发电对配电网侧负荷建模的影响

风力发电对配电网侧负荷建模的影响

王大福

内蒙古大唐万源新能源有限公司内蒙古呼和浩特市010010

摘要：近些年来，随着人们对电网建设需求日益增多，我国电网规模也不断的扩大，从而加大了电网系统的设计难度。就我国目前电网建设发展现状而言，越来越多的安全性问题逐渐暴露出来，尤其是电力系统中负荷模型所产生的不利影响，需要受到我国相关电力部门的高度重视。下面，笔者结合自身多年的工作经验，对风力发电对配电网侧负荷建模的影响进行研究讨论，得出以下相关结论，以供参考。

关键词：风力发电；配电网侧；负荷建模；影响

随着中国主要电网规模的不断扩大，电网的复杂程度越来越高，电网的动态稳定性及电压稳定性问题更加突出，负荷模型对电力系统数字仿真结果的影响不容忽视。在临界情况下，采用不同的负荷模型将使结论发生质的变化。实践表明，传统的感应电动机并联静态负荷模型对于配电网侧不含电源的综合负荷有很强的描述能力。但是，当配电网侧有小水电等地方小电源接入后，传统的负荷模型已不能很好地描述区域负荷特性。对此，有学者提出了广义电力负荷模型的概念并进行了相关研究。现如今，我国电力部门也逐渐意识风能的重要性，并加大了对风力发电工程的建设力度。但是，随着越来越多发电设备的不断涌现，风力发电对电力系统所造成的影响也成为了社会各界共同关注的焦点。站在负荷建模的角度来看，由于风力发电结构本身就存在一定的特殊性，在实际的发电过程中，势必会对配电网侧负荷建模造成一定的影响。因此，本文就对风力发电对配电网侧负荷建模的影响进行了初步探讨分析，并总结出一些自身的看法与建议。

一、仿真系统

1.1仿真方法

负荷母线B2的电压降低200%左右，可获得扰动下系统侧传输到负荷母线的有功功率、无功功率和电压的动态特性数据，以此作为电力系统负荷建模参数辨识所需要的实测数据根据这些数据辨识负荷模型的等值参数，然后再计算综合负荷模型的动态响应。

1.2感应电动机和静态负荷模型

感应电动机动态特性采用同步坐标系下的3阶机电暂态微分方程描述机械负载特性对感应电动机特性具有重要影响，本文取为转速的2次函数L=To[A（1一s）2+8（1一s）+c1式中：L为感应电动机负载率：s为转差率；特性参数满足A+B+C=1。静态负荷采用多项式表示的恒阻抗一恒电流一恒功率（ZIP）模型。

1.3风力发电机组模型

从轮毂到发电机转子之间的机械传动部分可以近似用1阶惯性环节来描述。L为机械传动部分的时间常数；Tm为发电机转子轴上的机械转矩：TM为风力机末端轴上的机械转矩。所谓的异步发电机主要是异步电机运行状态的表现，当转差率出处于不同数值时，异步发电机将会呈现出不同的运行状态但是，从本质上来讲，异步发电机与异步电动机的配电网侧负荷模型架构体系基本一致。

通常情况下，由于风力发电本身就存在不确定性，这样一来，其在实际的发电过程中所产生的处理水平呈现随意的状态但是，就我国目前配电网侧负荷建模现状来看，大部分的风力发电机设备的出力水平存在着一定的规律性，所以，我们就可以着重从风力发电机出力恒定的方面而人手。

二、模型结构与参数辨识

通过对风力发电机模型结构的分析，可以用异步发电机来等效描述，而异步发电机和感应电动机的模型结构一致。因此，传统综合负荷模型结构（感应电动机并联静态负荷模型）的基础上，把风力发电机看做一个功率消耗为负的动态负荷，从而可以用异步电机并联静态负荷的模型结构来描述含风力发电的配电网侧综合负荷特性，异步电机动态特性采用文表达式来描述。

三、风力发电系统的独立建模

研究本文提出的广义综合负荷模型对独立风电系统的描述能力，系统通过扰动得到风力发电系统的端口电压、有功功率和无功功率（采用感应电动机惯例）。非独立参数so=一0，014，To=0，412。为便于表述，用PWG，PIM，PZIP，分别表示风力发电功率、感应电动机负荷功率和静态负荷功率：将风力发电出力和感应电动机负荷功率合称为等效动态负荷，负荷功率用Pn。表示：系统供给负荷为P。上述各负荷功率的参考方向定义。在电压扰动△V％=一20％的条件下，对3种负荷水平组合按仿真系统进行仿真实验以获取实测数据样本，用第2节所提出的模型进行辨识建模。

四、风力发电所占比例对负荷建模的影响

如果配电网侧没有含有风力发电负荷系统的话，我们就可以根据以往传统的负荷模型来进行负荷比例的取值，若是不含有动态负荷的配电网侧，Km的取值将会等于1，而其处于动态负荷状态时，Km的取值应该等于1。

一般来说，在电力发电的配电网侧负荷系统中，我们通常会将风力发电负荷系统与感应发电负荷系统归为一类的，统称为动态负荷系统。并且，这种动态负荷系统的Km取值范围都不会>1。那么，如果是采用异步发电机负荷模型来对参数进行辨识时，应该将Km值取定在任意的数值，而数值的大小将会直接决定风力发电在整个配电网侧负荷系统中所占据的比例。

4.1第1种负荷水平：PWG≤PIM

在实际的配电网测负荷系统运行过程中，无论是动态负荷系统，还是静态负荷系统，都是都需要借助外部系统进行供给完成的。那么，如果PWG与PIM相等时，的取值等于0，若PZIP等于0时，Km的取值应当为1。

4.2第2种负荷水平：PIM<PWG<PIM+PZIP

虽然风力发电机中的发电功率能够真正满足于电动机的负荷要求，却无法达到总体的负荷要求。那么，Km的取值范围就应该是负数，其风力发电容量也应该控制在相对应的使用范围内。

4.3第3种负荷水平：PW≥PIM+PZIP

如果风力发电机的发电功率已经完全满足配电网侧总体负荷要求是，Km的取值范围就应该>1，风力发电容量也应该保持在18MW。

4.4模型的泛化能力

针对3种典型的运行方式，在加入故障仿真时使母线B2的电压分别下降10%，15%，20%，25%，30%，进行电力系统暂态仿真，获取模型辨识所需的负荷特性数据样本。分别绘制对样本20%下辨识所得的参数模型在样本10%激励作用下的模型响应曲线（内插能力验证）和对样本20%下辨识所得的参数模型在样本30%激励作用下的模型响应曲线（外推能力验证）。

4.5模型的参数稳定性

模型对同类负荷样本辨识所得的参数的分散度在一定程度上能有效地检验模型的参数稳定性，即模型可辨识性。只有参数稳定性好的模型才具有真正的实用化意义。表3列出了所有3种典型运行方式在不同扰动下辨识所得参数和平均拟合误差。从表中可知，在同样的负荷水平结构下，5种不同程度的扰动下辨识所得的参数基本上一致，仅在10%扰动下的参数稍有偏差，因为在扰动不够的情况下，综合负荷的特性没有得到足够的激发，因此参数还不够稳定，但是当扰动达到一定程度后，参数趋于稳定。由此可知，本文所提出的综合负荷模型有较好的参数稳定性。

结束语

综上所述，可以得知，我国目前的配电网侧的电源容量逐渐变得多样性，无论是在架构体系，还是运行方式等方面，都得到了较大的改善。同时的，这样对配电网侧的负荷系统提出了更加严格的要求。尤其是在多形式的电源接人形式不断出现以后，配电网侧的负荷建模系统也越来越复杂，如何才能对这一问题进行有效的解决，从而确保整个配电网侧系统安全稳定的运行，应该是目前我国电力部门需要高度重视的问题。

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