基于电气剖分原理的风电系统调度方法分析

朱云鹏

摘要：电气剖分原理为风电系统提供了新的调度方法。这一方法首先解决了找出与风电场联系紧密的常规机组，并利用这些机组来调整风电场的输出功率以及解决风电场的输出功率容易波动而造成功率损失的问题。文章叙述了传统风电系统调度方法的弊端、具体的调度方法以及应用的行业前景，旨在为相关人士提供一些帮助。

关键词：电气剖分原理；风电系统调度

现阶段，环境问题和能源危机已经成为世界性的资源利用问题，这就使得风力发电技术获得了发展的重要契机。然而这一技术的提高因风能的不确定性存在着不同程度的困难，尤其是输出功率的频繁变动问题。

一、传统风电系统调度方法的弊端

（一）预测水平不够

传统风电系统的调度方法是通过数字优化手段来实现的，此手段的应用基础是预测电源负荷的可靠性。在传统风电系统内存在风电场时，其预测风电场输出功率的水平达不到工程建设的水平，这就意味着传统的风电系统的调度方法难以制定发电计划。相关学者将传统的风电系统调度方法进行改进，优化了风电并网后系统发电计划的选择以及经济调度的算法。虽然这些算法在一定程度上改善了传统风电系统的局限性，但风电并网的发电计划和经济调度仍处于对负荷和风速的预测。相关学者表示只有研究随机的自动发电控制算法和发电计划算法才能实现风电系统的间歇性和随机性。

（二）较为注重数学运算

在传统的风电系统调度方法中明确源流之间的关系，并把这种关系应用到某电源中。从而实现通过某种路径向某负荷供电或者是某负荷通过某种路径从某电源吸收功率。这样一来就可以确定功率缺失的具体路径和缺失位置，不仅有效的调整了相关机组的输出功率还减小了AGC容量补偿的实际功率偏差。还有相关学者提出了多种潮流追踪方法，以此来获取风电系统的潮流分布情况和相关的灵敏度系数。然而这些方法虽然在很大程度上简化了电力网络原理的约束性，实现了大范围比例分摊原则，但较为注重数学运算方法的应用。因而，相关学者提出了电气剖分原理。此原理是从物理的角度揭示了电力网络中的源流路径，并且遵循了基本的电气规律。

二、基于电气剖分原理的风电系统调度方法

综上所述，相关学者提出了利用电气剖分原理来进行风电系统的调度。这种方法通过电气剖分原理对供电负荷与风电机组之间输电线路进行调度，从而获得了具体路径的使用信息数据。并利用所获得的信息数据对常规机组的功率进行调整，进而实现了风电机组功率波动而出现的功率不平衡量情况。以下内容阐述了风电系统的超短时在线调度计划和在线调度计划之间的调整方法，通过对其的验证来说明其益处。

（一）电气剖分主要应用原理

相关学者提出了电气剖分原理，从物理的角度揭示了电力网络中的源流路径。电气剖分原理所遵循的科学规律有欧姆定律、能量守恒定律、朗日万定律以及吉尔霍夫电压和电流定律。利用电气剖分原理所得出的拓扑和参数都具备恒定性。如：剖分子支路的电抗并联值和电阻与原支路的电抗并联值和电阻相同，这是其中一种。还有一种结果是各个剖分子网络必须是原网络的一部分，不能新增其他的网络。而且剖分子支路上的功率或者是能量性质应保持原支路的参数。最后一种结果是剖分子支路上的电压和电流分量应与原支路的节点电流和电压的分量保持一定的相位关系和幅值。

（二）电气剖分原理在风电系统调度中的实际应用

1.研究思路：

电气剖分原理在风电系统调度方法主要应用于在线调度和超短时在线调度，系统结构原理图。

图1 系统结构原理图

2.建立源流路径集

利用电气剖分原理的风电系统调度方法可以实现对电网的实时调控。具体操作为对电网的实时状态信息进行剖分，并建立起源流路径集合。路径集合是指风电场、主要关联机组、主要关联负荷以及次要关联机组和次要关联负荷，还有剖分线路阻抗、剖分路径以及剖分线路功率。风电场与主要关联负荷采用直接相连，其中风电场提供的功能是功率；主要关联负荷与主要关联机组机组相连，其功能是对其供电但不包括风电场在内。次要关联负荷与主要关联机组进行相连并不与风电场连接。次要关联负荷与次要关联机组相连的功能是对其进行供电但不包括主要关联机组。

3.确定偏差风电场节点

通过电气剖分原理在风电系统调度方法来预测在线信息数据和超短时预测信息数据，并将这两个预测结果进行对比以找出风电场偏差的节点。这样就可以根据此节点在源流路径集合中进行筛选，从而找出受风电场偏差影响最大的负荷节点和相关电源，也就是指主要关联负荷和主要管理机组。然后，再利用电气剖分调整办法对主要关联机组的输出功率做出调整，从而实现风电系统的功率传输平衡。

4.求解过程

首先，利用潮流数学计算方法得到风电系统的初始运行状态。其次，将利用电气剖分原理所获得的信息数据与源流路径进行结合。然后，再将风电场在线预测的信息数据与超短时预测信息数據进行对比，并得出结论。根据分析对比结果所确定的节点在源流路径几何中找到主要关联负荷，并得出相关负荷的功率变化数据。按照功率变化的数据能够确定主要关联负荷节点，就可以结合相关约束在系统路径集合中找出主要关联机组。由此就可根据功率的平衡原理以及各个负荷功率的需求变化量来确定各个电源的初始值。最后利用电气剖分原理在风电系统调度来不停的更新各个电源值，进而找到网络耗损情况最小的运行方案来进行功率输出。

三、电气剖分原理在风电系统调度中的应用前景

电气剖分原理的风电系统调度方法可以确定负荷和电源之间的供电关系。确定了这两者之间的关系才能进行主要关联机组的确定，并把风电系统的相关约束结合起来对系统内的电源的出力情况进行调整。从而实现风电系统的有效调度。笔者所提出的方法能够将电气网络内部所有的调度问题进行分块、分区域，这在很大程度上降低了解决难度。此外，基于电气剖分原理的风电系统调度方法还能够准确地对与风电场联系紧密的主要关联机组进行控制和调整，并通过实时跟踪的办法来解决由风电场引起的功率缺失问题。

结束语：

随着我国市场经济的发展进程不断加快，环境保护问题和能源利用情况越来越受到更多人的关注。本文分析了电气剖分主要应用原理以及电气剖分原理在风电系统调度中的实际应用方法。其中应用方法包括建立源流路径集、确定偏差风电场节点等，都是实现对风能进行合理性应用的重要办法。

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