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摘要：现如今，随着我国电力系统的飞速发展，国内的风电并网对于电力系统发展是机遇亦是挑战，机遇在于能提高输电量，满足地区用电需求，挑战在于风电并网对系统调度工作带来阻力，通过探析风电并网对电力系统调度运行的影响，为助力电力系统稳健发展提供依据。
关键词：风电并网；电力系统；调度运行；影响
引言
风力发电具有成本低、发电能力强、无污染等优势，受自然因素、技术等因素影响，风力发电经常出现电压及系统频率不稳定消极现象，阻滞风力发电系统优化与发展。基于此，为使风力发电系统更加科学高效，能为地区建设提供源源不断的动力支持，研究风电并网对电力系统调度运行的影响显得尤为重要。
1风力并网
中国幅员辽阔、海岸线长，风能资源极其丰富。大规模风电并网是中国开发利用风能的主要模式，同时也是建设坚强智能电网的重要组成部分。与传统发电方式不同，风力发电过程除必要的投资和维护成本外并不需要任何燃料成本，因此风电可以为电力系统的调度运行带来更多、更长远的环境和经济上的收益。然而，风电场出力的多少取决于当时风速的大小，这又和气象、地理环境等客观因素密切相关，由此造成了风电出力的不确定性和间歇性。风电自身难以消除的不确定性必然对电力系统的安全稳定运行造成一定的影响，因此风电并网电力系统的经济调度(economic dispatch，ED)更加复杂，求解难度相应更大，传统的调度模型和算法将不再适用。目前，对于含大规模风电的电网，电网调度部门在编制日前发电计划时，备用容量设置缺乏一定的标准，很难恰到好处。理论上，只有预留100%风电容量水平的旋转备用，才能既确保全额消纳风电又保障电力可靠供应。如果正备用容量预留过大，表明系统开机方式较大，相对而言负备用就会偏小，一方面将造成系统整体经济性水平较差;另一方面，如果风电实际出力远高于日前预测值，特别是在夜间低谷负荷时段，一旦系统中的常规机组向下调节能力已经用尽，此时要做到风电全额消纳，只能安排机组紧急停机，不但增加了起停成本，还可能导致白天电网高峰负荷时供电能力不足，影响供电可靠性。
我国风电装机总量已跃居世界第一，风电对于我国的节能减排事业将产生重要贡献。本文建立了一种含风电场的电力系统节能减排优化调度模型，考虑了风电对电网旋转备用容量的影响，通过优化常规火电机组出力实现风电全额消纳，决策者可以根据政策要求、能源供应、社会环境等实际情况，通过对权重的调整实现节能和减排之间的权衡，达到节能减排双重优化目标。
风力并网还具备以下优势：第一，建设周期短，模块化设计。风力并网设计及安装极为简单，通常情况下3个月便可完成电台风机的安装、调试及启用任务，安装及投产；第二，占地面积小，无土地质量要求，相关设备仅占总面积的1%左右，其余面积可供种植业、养殖业使用；第三，自动化程度高，人力成本较低。风力并网主要依托信息系统进行管理，为此其可实现无人值守管理目标，在降低人力成本同时，可提高电力系统自动化运行成效，为提高电力系统综合效益奠定基础。
2风电并网后的系统频率分析
2.1维持电力系统频率稳定的方法
在传统的科研项目中,我国对电力系统稳定性问题的研究重点,主要集中在电压与功角这两个方面的稳定,却忽略了频率稳定的问题。随着现代化社会的不断发展,电力系统的负荷越来越大,系统频率失稳的情况时常发生,为城市电力系统的正常运行埋下了不安全的隐患,因此,有必要对电力系统频率的稳定性问题展开系统性的研究。由于其动态分析计算过程比较缓慢,无法满足实际应用的需要,所以,可以从静态的角度,通过快速评估法与直接法等方法对其进行估算。
2.2风电机组并网后的电力系统频率分析
与传统的水利发电和火力发电相比,风力发电的稳定性较差,强弱波动性较为严重,功率输出及其不稳,不受人为控制。随着风力发电产业在我国的兴起与发展,已经形成了较大的、具体化的规模,将风力发电站并入了现代化电网的运行与建设当中,对于稳定风力发展的功率与波动情况具有十分重要的意义。从电力系统的安全运行等方面来看,在我国的电力系统中,风电场从本质上来看,就是一个大型的干扰发生源。为了在今后的工作中更好地开发利用我国的风能资源,为风电场电力系统大小的稳定性产生了巨大的影响。
2.3实验分析
为了分析风电机组并网后的电力系统频率的变化情况,可以使用算例模型、风速模拟机等工具,对其进行实验。实验主要包括比较风力发电机组并网前后系统频率的变化;风速不同的情况下,风力发电机组并网后对系统频率的影响;风速相同但负荷水平不同的风力发电机组并网后对系统频率的影响。
(1)风力发电机组并网前后系统频率的变化如图1所示。图1中的曲线1代表了风力发电机组并网前的系统频率,曲线2代表了并网后的系统频率。比较来看,风力发电机组并网后,电力系统频率的波动较大,影响效果十分明显。(2)不同风速的情况下,风力发电机组并网后对系统频率的影响如图2所示。
图2中的线条a、b、c分别代表了相同风力发电机组在并网后,受到不同风速影响系统频率产生的变化情况。从图中的实际情况不难看出,虽然电力系统频率受风速影响产生了波动,其波动频率虽不重合,但基本一致。由此可见,风力发电机组在并网后,风速的改变还是会对其系统频率的波动造成一定的影响,由于风速的不同,造成影响的大小也各不相同。
图2风力发电机组并网后对系统频率的影响
3风力并网对电力系统电压稳定性的影响
为使风力并网对电力系统电压文定性影响的研究更为科学、高效，技术人员可以采用控制变量法，针对电力系统运行情况进行建模（S=n1-n/n1，其中n代表转子速度，n1代表同步转速），将变量设为S，结合探究需求，秉持间断性、随机性原则，灵活带入风速、风力、电网负荷方程式（f（x，u，p）=0，其中，u为控制变量，p为实际参数，x为状态变量）展开运算，对比所得结论。通过对比可知风力的大小、风速以及电网自身负荷，均会对电力系统电压稳定性造成影响，一旦相关变量超出电力系统运载能力，将直接干扰电力系统，使其出现电压不稳情况，为此电力系统需将相关结论视为观察电力系统稳定性的参考依据，搜集、整合该系统内影响电力系统电压稳定性的节点，以此为由构建风电并网框架，制定科学合理的方案，规范风力并网技术应用标准，用以规避风力并网对电力系统电压稳定性的消极影响。
结语
综上所述，风力并网是电力系统发展大趋势，为此技术人员需在明晰风力并网内涵基础上，关注其对电力系统频率及电压稳定性的影响，在出现电压震荡时，依据相关规范及时下发电网调度报告，避免在电压不稳定状态下合闸送电，在电压偏差±10%范畴内可以进行风力发电，如若电压偏差＞15%，需立刻停止发电，保障电力系统稳定性。科学技术不断发展，与之相关的风电并网技术将不断发展，为此需在应用推广先进技术同时，加大电力系统调度运行问题研究力度，助力电力系统稳健发展。
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论文作者:樊杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/23
标签：电力系统论文; 风电论文; 频率论文; 风力论文; 风速论文; 系统论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第25期论文;