大规模风电项目开发及并网运营优化管理研究

大规模风电项目开发及并网运营优化管理研究

吴玉虎

新疆金风科技股份有限公司

摘要：风电资源的大规模开发有效缓解了中国电力结构的基本问题，但也存在着电并网普及率低、利用效率低、风力发电预测等问题，客观上损害了电并网发电。我国的风力发电设备大多位于电网末梢，远离负荷中心，没有电源的支持，需要高容量、远距离输送。此外，风力电本身的不稳定性可能使主电网的电压和频率控制变得困难，从而提高电网的安全性。操作的整体稳定性存在很大风险。

关键词：风电并网；运营优化；管理研究

随着风能技术的发展，风能的成本也在下降在许多国家，风能已进入开发和商业开发阶段。自1970年代中期以来，国外发展迅速研究风能的多方面效用，包括电并网的技术和经济方面以及电并网的影响等。

一、大规模风电并网运营存在的主要问题

1.大规模风电并网对电网的影响。(1)影响安全稳定的运行。利用风力和电网进行大规模发电，客观上打破了利用电力规划应对负荷随机的电力供应模式。一方面，随着风力发电机容量的增加，风力发电在电网中所占的份额逐渐增加。风力发电连接对电网的影响从最初的局域网扩展到主要电网。另一方面，由于目前我国风力发电机组性能不能满足要求，风力发电场规划设计存在安全隐患，风力发电网互连检测能力薄弱，导致风力发电场频繁断电事故，直接影响了安全运行具体而言，在大规模联网之后，一些小故障可能导致电网电压剧烈波动，可能导致故障发电机断电，区域电网崩溃，甚至大规模停电。(2)对电能质量的影响。电能质量是由电网提供给最终用户的交流电能的质量。电能质量测量标准通常包括三相电流的频率、波形、电压和电压不平衡。随着网络连接能力的增加，风速和风向的随机和间断使得该组的输出功率不确定。这种不稳定的能源将对电网的电能质量产生重大影响，主要表现为电压差异、波动、闪烁、谐波效应和电网频率变化。此外，风电场常用的双馈式空调机和直驱式永磁空调机采用变频调速柜的桨距角控制来调节机组输出功率。

2.大规模风电并网对电力系统的影响。(1)对电力系统运行成本的影响。风能是清洁和可持续的能源，不需要消耗燃料，从而在一定程度上降低了发电成本。但是，在大规模联网之后，风能贡献的不确定性和无法储存可能会减少经济规划的可能性，增加系统贡献的波动性，减少设备的使用，增加系统的电力成本。目前，很难预测风能的水平，以满足电力系统运作的实际需要。为了减少风电并网对系统可靠性的负面影响，在原有供电运行模式下，通常用于提高一定的转速容量。这表明，风力发电连接对整个电力系统的影响一方面是分担原单位的部分负担，节省部分燃料费用，另一方面是提高系统可靠性的费用。(2)对电力系统分配的影响。传统的电源规划模型基于负载可预测性和电源可靠性。由于地理环境、天气条件、风力随机等复杂条件的影响，风力发电机组输出控制系统尚不成熟，实际功率预测精度不能满足电力负荷预测精度要求。如果风力预测不准确，电网必须根据《安全稳定方案》拥有足够的备用能力，以避免风力发生重大波动。这种规划方法可能影响先前规划方案的准确性，增加实时调整电力系统运行方式的难度，不利于提高风能规划效率和系统成本平衡。人数减少了。在风力发电预测精度高的情况下，电网可以将风力发电叠加在负荷预测曲线上，按照传统的能源规划方法组织各组的发电计划，优化组的启动和关闭组合，降低电网运行成本。(3)对电力系统规划的影响。电力系统的主要目标是满足经济和社会的电力需求，提供安全、有效和可靠的电力质量。所谓电力系统发展规划，是基于对电力需求增长和分配的分析和预测。以现有的初级能源、环境要求和土地资源为基础满足整个社会的电力需求，是电力发展的重要基础。风能大规模联网后，风能的不可预测性导致风能的波动和间断。鉴于电力系统的发展规划，要平衡电力系统的规划能力，就不可能充分利用风能与传统能源的特点。因此，从系统规划和设计的角度出发，提出了新的要求，以简化风能和其他能源之间的关系。

二、大规模风电并网运营可靠性研究

1.分析影响风力发电与电并网运行可靠性的因素。测量风电并网运行的可靠性可以利用电场功率进行科学分析。大规模风电并网的发展对电力系统有很大影响。电网电压波动、闪烁和谐波等质量问题的出现对风力发电的建设和管理提出了一些挑战。因此，基本计算公式(1)如下:

(1)

在公式中，p是并网风场的输出功率；v是风速；r机组停运：e风电场外部因素；D影响风电场实际功率的其他因素；S-p相对于相关因素。（1）当风速介于风速和额定风速之间时，p的输出功率直接与风速v相关三次方正；(2)当风速介于额定风速和风速之间时，输出功率等于额定功率。（3）当风速低于进风速度或高于极限风速时，组故障和维修可能导致停机时间和频率越长，输出功率损失越大，实际输出功率p越小。除风力发电场外，与电网并行运行的风力发电系统主要使用异步发电机，这些发电机必须吸收电网的无功功率才能稳定运行，因此，计划内和计划外断电也可能导致电网损失。

2.风力发电并网运行可靠性分析方法研究。(1)可靠性分析方法综述。电力系统可靠性分析方法一般分为确定方法和概率方法。确定方法是研究预期残疾情况下的可靠性水平。对于某一操作模式或有限的故障模式，确定方法的计算可以大致估计系统的安全性，并提出纠正缺陷的措施。但是，它只能预测某些类型故障的后果，故障的多重性很低，从而不能提供发生事故的可能性。概率方法基于部件故障和维修统计数据，通过系统运行方式和部件故障模式的概率模拟计算系统和节点的运行参数变化范围和风险指标，得出概率风险指标和概率经济指标，从而得出使用确定方法可以分析系统在给定时间点的安全性和经济性水平，但很难模拟多个故障、连锁故障和时序参数。随着系统大小的增加，低强度故障的影响越来越小。电力系统基本上是一个具有随机特征的大型系统。负载级别更改、组件故障、保护操作特性等。都是不确定的。与此同时，风力发电机组的一次能源具有很强的随机性，需要一种概率模拟方法。（2）蒙特卡罗模拟方法原理分析。Monte Carlo方法是一种基于概率统计理论的计算方法，它从给定的概率分布中提取随机变量。本发明是一种对系统进行随机或决定性采样的技术方法，通过将求解的问题与模型结合起来，得出近似的解决方案蒙特卡罗模拟方法是基于概率统计和随机抽样。蒙特卡罗方法是一种利用重复统计实验解决物理和数学问题的方法。其主要目的是使用随机变量来模拟实际系统中可能发生的随机现象。蒙特卡罗方法基于随机问题的模拟，这决定了它解决随机问题的能力。Monte Carlo方法可以用来解决许多决定论方法无法解决的随机问题在过去十年里，蒙特卡罗模拟方法随着计算机技术的发展迅速扩大和发展它被用来解决许多领域的复杂科学问题同时，它被广泛用于电力系统可靠性评估。

面对风力发电产业的快速增长和大规模风电设备的快速增长，中国必须积极调整供给结构。电力行业大力促进和推动节能减排。风力发电不断发展和完善并网运营的理论与实践。在风能开发利用的更广泛背景下，对风力发电发展中的主要管理问题进行了深入研究。本文的研究和实践提供理论支持和可用性，促进我国风电的全面发展，优化管理。

参考文献：

[1]张庚明．风电场可靠性建模[J]．电网技术，2018，33(13)：37—53

[2]刘渊家．计及风电场的发输配电系统可靠性评估[J]-电网技术，2018，32(1 3)：69-74