摘要：为体现风电的环境价值，建立大规模异步风电并网电力系统最优潮流模型。首先根据典型日风速分布曲线预测风电场功率期望值以应对风电场功率的随机性；在此基础上，引进基于风电场极限穿透功率的风电场弃风运行惩罚成本以处理弃风行为；最后，引入风电备用成本来处理随系统风电穿透水平增加而引起的系统二次备用上升。仿真表明：调整弃风运行惩罚成本系数可使风电机组的功率输出按功率期望值进行优化调度，避免弃风行为，使以风电为代表的新的能源形式的电能价值得到合理反映。
关键词：大规模风电并网；电力系统；影响；应对措施
1 引言
随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率具有间歇性和随机性的特点，进而影响电网的电能质量，如电压波动和闪变、电压偏差、谐波等。由于我国风能资源丰富地区与用电负荷中心之间距离遥远，需采用输电网进行远距离电力传输。当远距离输送的风电功率过大时，会导致风电场无功需求增加，电网线路压降过大，无功损耗增大，稳定裕度降低，威胁局部电网的安全运行，降低了电网的可靠性和稳定性。大规模风电并网对电力系统规划、运行控制、保护、调度等方面提出了新的挑战，需采取必要措施对电网进行保护。同时应改进传统风电机组，提升并网性能，从源头上解决风电并网与电力系统之间的矛盾。
2 风电场正常运行时给电网带来电能质量问题
2.1 无功电压问题
并网风电场主要由风电机组、箱式变压器、低压输电线路、升压站主变、高压输电线路等感性设备组成。这些设备在正常运行时，都需要吸收一部分无功功率。如果不对风电场正常运行时所需的无功进行控制，会导致风电场要从电网吸收一部分感性无功，这必然会增加输电线路的损耗，降低传输容量；更重要的是，由于风电场缺少必要的无功支撑，当风电场内部或者电网出现扰动时，很容易导致系统电压失稳，这将给电网的正常运行带来严重的威胁。
2.2 谐波问题
目前风电场常用的风电机组多为变速风电机组，其中永磁直驱同步风力发电机和双馈式异步式风电机组是目前常用的两种风电机组。永磁直驱同步风力发电机通过背靠背全功率变频器直接接入电网，该背靠背全功率变频器由电侧变流器、直流环节和网侧变流器组成；双馈式异步式风电机组的发电机定子直接接入电网，而发电机转子通过经直流环节连接的两个变流器馈入电网。不论是哪种类型的变速风电机组，机组投入运行后变频器都将始终处于工作状态，会向电网注入大量的谐波。
2.3 电压闪变
引起风电场电压闪变的原因是风电机组或者风电场动态无功补偿装置的投切，测量风电场电压闪变的方法与测谐波的方法类似。
3 大规模风电并网对电网电能质量问题的应对措施
3.1 电压波动和闪变
（1）无功补偿策略。一些专家利用串联型电压补偿装置，采用完全补偿法的控制策略进行电压补偿，在传统的比例积分控制基础上结合重复控制，研究结果表明提高了稳态控制的精度和动静态性能。在并网风电场输出端并联无功补偿设备，能够消除并网风电场对电力系统无功功率变化的影响，对电压的波动进行补偿。然而对于随风能自然波动的有功功率引起的电压波动并不能产生抑制作用，因此仅对风电场进行无功补偿是无法有效抑制风电并网带来的电压闪变。（2）有功无功结合策略。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用超级电容器为储能元件，功率调节系统采用电压源型变流器双向DC/DC变换器结构，将低通滤波器滤过的风功率作为控制目标，建立储能系统的控制策略，实现对有功功率的追踪。传统STATCOM与带有储能装置的STATCOM的补偿作用相比，带有储能设备的补偿装置在电压校正、闪变抑制、平滑供电电流波形等方面表现更为优异，且其桥式电路的额定容量小于传统STATCOM．有功和无功结合对风电并网电压波动和闪变抑制的方法能够有效抑制风电并网引起的电压波动和闪变，但存在制造成本高，检测算法复杂等缺点。变速风机控制、无功补偿、有功和无功结合等策略能够在一定程度上有效抑制风电并网引起的电压波动和闪变，但依然存在不能从根本上消除电压波动和闪变对电网电能质量影响的弊端，并且在实际应用中会受到治理成本的制约。
3.2 频率稳定性
（1）转子惯性控制。转子惯性控制是风电机组运行过程中，通过改变机组转子侧变流器的电流给定，控制转子速度发生临时性变化情况下短时释放/吸收风电机组旋转质体所存储的部分动能，以快速响应系统频率的暂态变化，提供类似于传统机组的转动惯量。转子惯性控制适用于全风速工况，可提供惯性响应，对系统动态稳定性贡献大，响应速度快；但持续时间较短，转子转速恢复造成频率二次降低，低频低风速和高频高速时，难以提供有效惯性。（2）转子超速控制．转子超速控制是控制转子超速运行，使风机运行于非最大功率捕获状态的次优点，保留一部分的有功功率备用，用于一次频率调节。转子超速控制适用于中低风速工况，响应速度快，对系统动态稳定性贡献大，提供一次调频备用；但在高风速时，难以提供系统要求的备用容量，风速波动性影响提供备用容量的可信度，采用减载发电模式在一定程度上降低了风电场效益。
3.3 谐波
（1）无源滤波器。无源滤波器作为传统的谐波抑制方式而言造价低廉，易于设计，但由于其受系统参数变化影响较大容易导致串并联谐振，且只能滤除特定某几阶次谐波并可能会放大其他次的谐波分量，可能会产生过载从而导致设备损坏。因此正逐渐被有源电力滤波器和混合型滤波器取代。（2）有源电力滤波器。有源电力滤波器具有较好的自适应和快速响应能力，对谐波状态不断变化的情况能实现动态补偿。该装置不需要储能元件即可实现无功补偿，而在补偿谐波时所需要的储能元件容量也相对较小，且不易受电网阻抗变化的影响。但采用有源电力滤波器进行谐波抑制的控制电路多为模拟电路，线路结构较为复杂，不利于广泛推广应用。另外，在电力系统中有源电力滤波器的安装主要考虑到容量受到限制，无法应用于大功率场合和无功不平衡较为严重的场合。
4 结束语
在风电场功率输出预估基础上，引入基于极限穿透功率的风电场弃风运行惩罚成本来考虑风电环境效益；同时，引入风电备用成本来处理随着系统风电穿透水平增加而引起的系统备用上升，由此建立大规模异步风电并网的最优潮流新模型。该模型考虑了因弃风行为造成的风电损失，使以风电为代表的新能源环境价值得到合理反映。
参考文献：
[1]朱星阳，刘文霞，张建华.考虑大规模风电并网的电力系统随机潮流[J].中国电机工程学报，2013，33（07）：77-85+16.
[2]袁小明，程时杰，文劲宇.储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析[J].电力系统自动化，2013，37（01）：14-18.
[3]袁铁江，晁勤，吐尔逊•伊不拉音，李义岩.大规模风电并网电力系统动态清洁经济优化调度的建模[J].中国电机工程学报，2010，30（31）：7-13.
[4]袁铁江，晁勤，李义岩，吐尔逊•伊不拉音.大规模风电并网电力系统经济调度中风电场出力的短期预测模型[J].中国电机工程学报，2010，30（13）：23-27.
[5]迟永宁，李群英，李琰，王真，石文辉，王跃峰.大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及对策[J].电力设备，2008（11）：16-19.
论文作者:王玺伍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：风电论文; 电网论文; 电压论文; 机组论文; 谐波论文; 功率论文; 风电场论文; 《基层建设》2018年第22期论文;