关于风电不确定性对电力系统的影响

关于风电不确定性对电力系统的影响

唐俊王瑾

（北京京能新能源有限公司太阳山风电场宁夏回族自治区银川市750000）

摘要：在经济高速发展的过程中,伴随着巨大的能源消耗。如今全球不可再生能源的逐渐枯竭,促使人们对环保再生能源的研究更加关注和重视，利用风能进行发电,满足社会生产生活的用电需求是开发环保能源的重要部分，但是风电极不稳定很容易对电力系统的运行产生影响，对这些影响因素进行分析,然后利用技术发展改进风电技术具有特别重要的现实意义。

关键词：风电；不确定性；电力系统；影响

一、风电不确定性分析

基于风力自身的随机性和间歇性等特点,风电场的运行具有很大的不确定性,具体表现为:

1.1原动力不可控

风力发电以自然风为原动力,自然风不可控,受气象条件影响比较明显,很难大量存储,难以根据负荷需求对其出力进行调节,只能在限定的范围内进行调节。

1.2输出不稳定性

风速的波动性、间歇性和难预测性导致风电机组的输出具有很大的随机性。通常认为风力发电只能提供电力而不能提供有效的发电容量。研究表明,风电场的容量因子(实际发电时间总和/系统总的正常时间)为1/3。

1.3风电的不确定性因素

1.3.1风速的不确定性

风速的不确定性反映在风向、平均风速及脉动风速等要素的时空分布上，受到地形、塔位、高度、空气密度、塔影效应和尾流效应等的影响。平均风速最常用的概率模型是Weibull分布，其尺度参数和形状参数由观测到的风速的期望和标准差来折算。时域或统计方法仅能考虑导致风电功率不确定的部分因素，而难以完整反映风的时空分布，因此风电不确定性及其对系统影响的评估结果往往偏差很大。

1.3.2风电转换中的不确定性

影响风电转换过程的不确定性包括：①风机脱网、故障、检修及由风速越限引起的切入切出；②最大风电功率追踪与远程调节等工况间的变化；③机组运行特性的变化。

1.3.3风电系统外部的不确定性

风电系统内部与外部因素，包括常规发电机组、负荷和偶然事件的不确定性。电网调度需要定量分析风电和负荷的同向及反向波动，并考虑其对充裕性及稳定性的影响。2010年国家电网的风电运行反调峰比例为43%，华北地区更是高达59%。

二、风电不确定性对电力系统的影晌

2.1频率

站在客观角度来说，风电不确定性对电力系统的影响体现在不同方面，频率便是其中之一。在电力系统运行中，其稳定性可以客观折射出手扰系统抵御系统崩溃的具体能力，其充裕性是满足用户用电需求量、用电功率的真实写照。在电力系统运行中，相关人员分析其极易出现风险的基础上，动态控制一系列不确定因素，便于制定合理化的预防方案，动态预防极易出现的风险。同时，在电力事业发展的浪潮随中，风电入网规模明显扩大，在一定程度上电力系统更易受到风电不确定性因素的影响。在风电不确定性作用下，电力系统频率会受到影响，这是因为在调频时间标准方面，不同地区有着不同的风电机组功率波动情况，在风电场聚集效应作用下，风电功率波动明显减少。针对这种情况，相关人员必须准确把握风电不确定性，准确把握其对电力系统频率的具体影响，采取针对性措施有效控制，避免电力系统运行中，其频率超出规定的具体范围，影响电力系统的安全、稳定运行。在此过程中，相关人员需要多角度客观分析放电不确定性作用下的时空特性，要准确把握风电集聚特性，动态控制电力系统运行中的频率，下面便是风电不确定性作用下风电集聚特性结构示意图。

2.2电压、暂态稳定性

2.2.1电压

在电力系统运行过程中，随着风电功率不断波动，电压也会处于动态变化中，在多方面作用下，电压闪变数值也会受到不同程度的影响，比如，风速、塔影效应，其在低频段中的误差并不大。在电力系统运行中，风电不确定性会影响电力系统电压，一旦电压处于不稳定状态，加上其他相关因素作用，风机脱网现象频繁出现。随着风机不断入网，电网中的感应电机明显增加，加上风电不确定性因素作用，电压极易出现不稳定状态，极易出现故障问题。针对风电不确定性在电力系统电压方面的影响来说，相关人员可以根据电力系统具体运行情况，可以将无功补偿设备合理安装到线路中，避免在风电不确定性作用下，电力系统电压频繁出现失稳现象，确保电力系统处于高效运行中，最大化降低安全事故发生率。

2.2.2暂态稳定性

在电力系统运行过程中，其暂态稳定性也会风电不确定性的影响，一旦风机类型、故障位置等有所变化，电力系统暂态稳定性会受到不同程度的影响。同时，高等级电压安装到电网中，电力系统暂态稳定性会受到双馈异步风力发电机较大影响。在此情况下，相关人员必须结合其影响程度，优化利用变频器，对其进行全方位动态控制，最大化提高电力系统运行稳定性。

三、缓解风电不确定性对电力系统造成影响的对策

3.1解决风电并网带来的调峰困难问题

要解决调峰问题就要求加大对直调电厂低谷调峰的考核力度，进一步完善直调电厂低谷深度调峰辅助服务的补偿措施。一是在风电集中的地区加入储能装置，则可在频率超过一定范围后对风电的出力运行进行适当调整，并能充分保证风电出力在延迟一定的时间后退出运行。二是利用抽水蓄能电站调峰，它启动迅速，运行灵活可靠，因为火电厂调峰速度较慢，跟不上风电出力变化速度，利用抽水蓄能调峰，既合理的利用了风能，又彻底地解决了由于风能并网导致火电厂大幅调峰造成的运行不经济的风险。三是加强风电场出力统计总结，得出季节性规律，从而合理安排火电厂开机方式，使能源得到合理运用。

3.2解决风电并网带来的电压问题

一是需在风电接入集中地区安装静止无功补偿器（SVC）等柔性交流输电系统（FACTS）设备，减少风力发电功率波对电网电压的影响，提高系统的稳定性。二是加强地区二级电压控制。在风电接入地区，由于风功率出力变化引起的电压波动较大，枢纽节点需要补偿的无功功率变化亦较大，建议在具有大容量风电场接入的地区建设地区二级电压控制，以协调该地区的无功功率的分配，优化地区电网的潮流，维持风电接入地区电网电压的安全稳定。由于风电场自身具有无功-电压的调节能力，在地区二级电压控制过程中，应充分利用风电场无功调节能力，并配合地区电网内的其他无功功率源，建立地区电网的AVC协调机制。

3.3解决风电并网安全须定量分析风电场对主电网运行的影响

一是要从稳态和动态两方面来考虑。稳态分析就是对含风电场的电力系统进行潮流计算。对不同类型风电场的潮流计算方法也有所差异。对于异步发电机组组成的风电场。采用风电场、主系统分别迭代的方法。二是从动态分析考虑风电厂风机出口升压变压器，由于整个风电场升压变数目众多，有成百上千台，叠加起来数量不小，存在电压稳定性问题。三是提高风电场的故障穿越能力。电网发生故障时，应采取措施对风电场进行相应功率控制，提高风电场的故障穿越能力，使其能够在故障期间一定范围内保持并网运行，向电网提供无功支持，以提高电网的稳定性。

结语

随着电力系统中风电比例的增加,风电的不确定性将会加大,对电力系统的运行带来了一定的风险,增加了系统对备用容量的需求。基于迭代卷积法的LOLE模型,更贴切地模拟了参数不确定性对可靠性模型的影响,其结果更能体现系统可靠性的真实情况,对于电力系统扩容规划和运行有着极为重要的现实意义和普遍的适用性。

参考文献：

[1]陈文欢.风电不确定性对电力系统的影响[J].商品与质量,2017(6).

[2]曹云，江晓林.风电场并网对电能质量的影响及优化[J].大众用电，2015（12）.56

[3]李瑞峰,胡烨.风电不确定性对电力系统影响的评述[J].工程技术:全文版:00196-00196.

[4]田妍，王洁，田松.浅谈风电并网对电力系统电能质量的影响[J].中国电力教育，2014（24）：27.