【摘 要】风电的不确定性是固然存在的，我们在利用风电的过程中，应该要思考如何提升风电的应用效果，避免风电对电力系统造成不良的影响。本文主要研究了风电的不确定性，探讨了风电不确定性对电力系统的影响，并提出了一些对策和建议，避免风电对电力系统造成不良的影响，希望可以为今后的风电应用提供借鉴，更好的应用风电能源。
【关键词】风电；不确定性；风电系统；影响
1 前言
任何事物都有利弊风电应用于电力系统之中，可以有效提升电力系统的运行效率，但是在很多时候风电的不确定性也会对电力系统造成不良影响，所以要更加科学合理的应用风电能源。
2 风电的不确定性
2.1 风速的波动性和间歇性
风速往往表现出较强的波动性和间歇性，在时域上可分解为大时间尺度的平均风速及小时间尺度的脉动风速，在频域上则对应于低频分量和高频分量。此外，风速的波动及间歇都不是确定性的行为(不像正弦波那样的确定性波动及矩形波那样的确定性间歇)，而是随机变化的。
风电功率是风速的3次幂函数。统计表明运行中的风电在1h内的变化量可占装机容量的10%—35%，而在4—12h内可能超过50%。
风电功率在均线上下交变的波动性由脉动风速引起。目前机械式风速仪每秒采集1次，以5min为周期计算均值并上传，尚不能很好反映风速的脉动性。
风电的间歇性对应于平均风速的突然变化，很难预测。每个快变事件可用平均风速的变化幅度(或变化率)、开始时刻、结束时刻(或持续时间)来描述。分析线性的平稳过程可以用谐波合成法或Prony算法；分析非线性过程需要用小波脊或HHT变换；分析强非平稳过程则需要用轨迹特征根技术。小波变换利用滑动的伸缩窗口在多个尺度空间分析信号的时频特性，小波脊跟踪小波变换的极大值点，通过这些点的时变频率和时变振幅反映信号的非平稳振荡特性。HHT依据工程经验来定义固有模态函数，通过模态函数分解获取信号的瞬时频率。但由于不能保证分解的正交性，故误差不易控制。
2.2 风电的随机性
平均风速和脉动风速都有很强的随机性，是造成风电不确定性的主要因素。风速预测及运行调度都属于随机数学范畴，但往往被简化为对未来平均风速的估计。
2.3 风电的不确定性因素
2.3.1 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。
2.3.2 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。
2.3.3 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%。
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3 风电不确定性对电力系统影响
风电并网会使风电场对电力系统的安全稳定运行产生很大的影响。本文认为其主要影响包括以下几个方面：
3.1 对电压稳定的影响
由于风电功率具有波动性和间歇性，进而会导致电压出现波动和闪变。有专家详细研究了风电功率的间歇性对电力系统电压稳定性的影响，指出保证电压稳定性的关键问题是对风力发电机组的速度增量进行有效控制，对电压稳定性影响最大的区域分布在风电场及其附近的节点区域。
3.2 对频率稳定的影响
风电的发电功率不稳定，具有间歇性和波动性，从而使其发电量也不稳定，输出功率不是恒定值。风速发生变化时其输出有功功率就会波动，进而导致电网内的有功也发生变化，有功会影响电网的频率。如果一个地区的风电所占份额过大，某一时刻有功频率变动过大将会导致频率崩溃，甚至会使得整个电网瘫痪。
3.3 对电力系统暂态稳定性的影响
风电并网对电力系统暂态稳定性的影响与风机和电网的运行方式以及电网的拓扑结构等因素都相关。有学者采用EEAC理论，对FSIG，DFIG对电力系统暂态稳定性的影响开展了较为深入的研究。研究结果表明，大规模的风电并网会改变电力系统的潮流分布，电力系统的暂态特性确实发生了变化，可能会降低系统的暂态稳定性，也可能会对电力系统稳定性有所改善。风电接入的电压等级越高，风电的渗透率越大，其对电力系统暂态稳定性的影响就越明显。
4 缓解风电不确定性对电力系统造成影响的对策
4.1 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。
4.2 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。
4.3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。
结束语
综上所述，风电的不确定性会对风力系统造成各种影响，所以，为了能够发挥风电的价值，避免风电对电力系统造成不良的影响，我们今后要更加科学合理的应用风电，提高电力系统的运行效率。
参考文献：
[1]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
[2]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.
论文作者:谢海升
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/11
标签：风电论文; 风速论文; 电力系统论文; 不确定性论文; 电网论文; 电压论文; 功率论文; 《低碳地产》2016年9月第17期论文;