风电不确定性对电力系统影响的分析

摘 要：随着新能源产业的快速发展，各种可再生能源发电系统的建设规模也在不断的增多。其中风电系统不仅能够有效的减少能源资源的消耗，而且成本较低，很适合开展大规模发电系统的建设。但是，风电由于自身严重的不确定性，很容易对于电力系统的正常运行、发电质量以及经济效益等方面产生影响。所以文本针对风电不确定性对电力系统的影响进行深入的分析，从而更好的提高风电质量。

关键词：风电；不确定性；电力系统

风电是未来新能源的重要发展方向，不仅能够为人们的日常生活提供清洁、高效的能源，而且还能够让我们的生活品质得到提升。但是由于风电具有的不确定性也会造成电力系统出现问题。

1 风电不确定性

（1）风速的波动和间歇性。

风速的不确定性最大的表现就是较强的波动性和间歇性。一方面，风速由于地域性的差异和季节性的差异，所以很难有效的控制风速的变化与波动。并且在时间上来看，风速的波动分为平均风速和脉动风速两种频率，平均风速是指在该地区大时间尺度风速变化情况，而脉动风速的频率则是短时间内风速的变化的强弱程度的直观表现[1]。而且在频域上则应该对应风速的低频能量和高频能量。风速的波动以及间歇性特点无法确定，所以无法通过正弦波等确定性的波动以及矩形波那样明确的间歇性，而是时刻处在随机变化之中。由于平均风速和脉动风速都具有随机性的特点，所以风速不确定性的主要因素还是因为风速自身的特性决定的。

（2）风电的不确定性因素。

由于风速的不确定性，所以平均风速的不确定对于风电的不确定性影响非常的关键。由于风速的不确定性主要反映在风向、平均风速以及脉动风速等时空分布之中，并且受到地形、风塔位置、风塔高度、塔影效应、空气密度、尾流效应等多种因素的共同影响，所以风速通常会用概率模型Weibull来表示，并且尺度参数以及形状参数都会通过观测到的风速期望值的标准来进行折算。

由于风速的不确定性，所以风电转换转换过程中也会存在较强的不确定性，包括风机故障问题、风机检修问题、风速越限等方面引起的切入切出工作。通过最大风电功率的追踪与远程调借过程中工况也会出现变化，所以造成风电转换存在不确定性。而且，风电机组在运行的过程中不同的特性也会引起不同的变化。除了风电系统内部的变化因素会对风电产生影响，风电外部因素也会对风电的不确定性产生影响。例如，常规的发电机组、负荷以及偶然事件产生的不确定性，电网调度必须要根据定量分析风电和电荷的同向以及反向波动。通过这些风电充裕性和稳定性进行的存储，能够更好的针对风能的波动产生影响。

（3）风电不确定性的描述。

由于風电场在规划和运行的过程中必须针对风电时空不确定性进行分析，并且根据历史数据以及具体风电场的特征进行研究，这样才能够明确风电产的发电总量，并且将风速分为平稳分量与非平稳分量情况，分别对应着风速的间歇特性与风速的波动特性[2]。在一般情况下，对于风电不确定性的分析能够采用Weibull分布概率来作为参考模型，并且在短时间尺度内通过适当的增加参数特点，从而有效的考虑多峰分布风速的特征， 这样就能有效预测风速基于先验概率的点预测以及条件概率推算后验概率的预测法。这两种风速的预测效果相对较好，但是依然有待提高。

点预测风速解析法就是通过功率等级、预测尺度来建立相对的预测误差 经验分布模型，并且利用权贝塔分布模型确定风速的概率密度函数或者分布累计函数。基于区间进行预测的拟合法能够在指定概率条件下来找到相对应的波动区间，但是这一区间并非统计值，所以能够有效的避免预测出现误差分布的假设条件，同时也能够有效的采用非参数的自适应重采样或者分位点回归的方法。还可以基于场景预测进行仿真分析法。即在不同的场景环境中可能发生的结果进行概率仿真，并且随着随机变量对于目标函数概率分布的影响而产生的影响，从而有效的预测风电与负荷之间波动水平的概率模型。

2 风电不确定性对于风电系统的影响

由于风电具有较强的不确定性，所以对电力系统的频率产生较大的影响。一方面，电力系统必须保证稳定的前提条件，才能够有效的获得稳定的电量。但是，由于风电具有较强的不确定性，在受到干扰的情况下对于电力系统的抗干扰能力会造成较大的冲击。电力系统的充裕性表现了电力系统对于用户电力需求应对能力的高低。对于风险的分析与控制应该针对不确定性、分岔以及混沌理论，通过大规模的风电系统能够在很大程度上加重对于风电系统的不确定性的影响。由于调频时间标准，所以不同地区的风电功率的波动变化也会出现差异，风电差的集聚效应能够最大程度的减少风电功率的波动。

风电不确定性还能够影响电力系统的电压。由于风电功率的波动会造成电压产生波动，尤其是风速、湍流强度、塔影效应都会在瞬间改变电压的闪变值。电压闪变值离散化计算的方法会出现很小的误差，所以能够在风电引起电压波动中进行广泛的应用。风机频繁脱网的因素包括电网电压稳定性以及双馈异步风力发电机上网环节的相关需求，同时大规模风机入网之后也能够在电力网络中造成电压失稳的情况。针对这样的问题，必须要加强对于动态无功补偿设备的控制，从而有效的减少电压失稳引起的故障，尽可能的增强电网的稳定性。

风电不确定性的隐性因素直接会对电力系统的暂态稳定性产生影响。由于恒速异步风力发电机没有稳定性方面的问题，应该重点考虑风机类型、故障地点、故障时间等方面的变化，通过电力系统暂态稳定性受到的影响程度进行判断，如果高等级电压会对双馈异步发电机产生非常明显的影响，这时就必须通过变频器来保证电力系统的稳定，避免出现故障问题以及动态负荷运行模式。

3 结论

本文通过针对风电不确定性进行深入的研究，从而明确了风速的波动性和间歇性，也进一步总结了风电不确定性因素，从而保证风电在电力系统之中能够稳定、健康的运行，避免因为风电波动对电能质量产生影响。

参考文献：

[1]高延涛，任磊.风电不确定出力对电力系统的影响及应对策略综述[J].通信电源技术，2017，34（04）：2627.

[2]刘建华.关于风电不确定性对电力系统影响的研究[J].科技风，2017（06）：215.

作者简介：刘舵（1985），男，北京人，本科，工程师，工程专业。