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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 B 2 的 电 压 降 低 2 0 0 % 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 = T o [ A（1 一 s）2 + 8（1 一 s）+ c 1 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（Z I P）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；T m 为 发 电 机 转 子 轴 上 的 机 械 转 矩：T M 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 s o = 一 0，0 1 4，T o = 0，4 1 2。为 便 于 表 述，用 P W G，P I M，P Z I P，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 P n。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 2 0 ％ 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。
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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，K m 的 取 值 将 会 等 于 1，而 其 处 于 动 态 负 荷 状 态 时，K m 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 K m 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 K m 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：P W G ≤ P I M
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 P W G 与 P I M 相 等 时，的 取 值 等 于 0，若 P Z I P 等 于 0 时，K m 的 取 值 应 当 为 1。
4.2 第 2 种 负 荷 水 平：P I M < P W G < P I M + P Z I P
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，K m 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：P W ≥ P I M + P Z I P
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，K m 的 取 值 范 围 就 应 该 > 1，风 力 发 电 容 量 也 应 该 保 持 在 1 8 M W。
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 B 2 的 电 压 分 别 下 降 1 0 %，1 5 %，2 0 %，2 5 %，3 0 %，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 2 0 % 下 辨 识 所 得 的 参 数 模 型 在 样 本 1 0 % 激 励 作 用 下 的 模 型 响 应 曲 线（内 插 能 力 验 证）和 对 样 本 2 0 % 下 辨 识 所 得 的 参 数 模 型 在 样 本 3 0 % 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 1 0 % 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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论文作者:王大福
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/28
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