风力发电选址与渗透力带给连锁故障的影响

张志龙

摘 要：风力发电是非常复杂的项目，风力发电需要做好渗透率与选址的处理，如果没有做好以上要素的处理，就会加剧电网系统复杂性，其后果便是引发联锁问题。本文将以电气介数的方法展开连锁故障分析，展开对发电机选址与渗透率的研究。结合实际数据可以得知，风电负荷的加载会导致系统分布均匀性的降低，导致连锁故障的程序出现。

关键词：风力发电;选址;渗透率;连锁故障

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.170

0 前言

电力系统在发展过程中，其潮流分布与结构也在变得越来越复杂。面对线路过载与自然灾害问题，网络潮流转移问题就会增加线路负荷，引起连锁故障，其后果非常严重。光伏发电与风电等能源渗透率的提升会加剧电网不确定性与复杂性。所以可再生发电的研究具有现实性意义。当前风电系统的研究主要定位在随机性与间接性方面。

1 连锁故障模型和评价指标

（1）仿真模型。对电网来说，在出现故障以后必须第一时间对其进行修复，将其调整回良好运行状态。具体流程如图1。

根据图1我们可以得知。在移除电网某线路以后，潮流将会重新分布。此时在线路负载比阈值高的时候就会发生新过载开断问题，导致新一轮开断与潮流分布。当然该过程的不断重复一直会延续到电网解列[1]。在电网系统的运行过程中，线路的负荷如果比平时的负荷要高，实际上是不一定出现开断问题的。只有在负荷超过某些阈值，线路过载与过保装置才会启动。也就是说过保实际上和线路潮流有直接联系，在线路潮流变化以后线路开断概率会随之提高。

本文运用概率法模拟线路过载，假设线路没有故障的时候为阈值C，在线路潮流未过C的情况下，线路开断为0概率。如果超过1.4C则開断概率等于1。

（2）评价指标。1）矢负荷比。在连锁故障以后，矢负荷比表示的是失效节点的负荷和电网初始负荷比。2）联通能力。在发生连锁故障后，此时的电网有很高的几率会变成多个无法联通孤岛。此时的联通能力就是电网联通性评价的重要指标。联通性越高那么电网的稳定性就越不好、裂解程度越突出。

2 风力发电计算模型

（1）发电机模型。当前风力发电机应用异步发电机，这种发电机并没有安装励磁装置。在使用中需要借助电网无功功率磁场操作。所以计算潮流中需要引入风力发电的节点当做介入系统。对系统来说风速体现的就是发电机输出功率，使用分段函数表示。潮流计算中，风力发电机在固定时刻的功率由风速决定，有着固定的数值。

（2）潮流计算。潮流计算需要做好电压幅值、电机有功功率、转子电阻、励磁电抗、转子电抗、定子电抗等参数的分析。随后将风力发电机组连入电网，使用风力机组与潮流方程模型求解。计算步骤为首先计算系统初始电压，之后计算潮流分布获得端电压。假设条件满足就可以停止计算，如果条件不满足则需要返回并修改电压无功功率，直到参数满足精度要求。

3 电气介数分析方法

（1）节点介数。在电力系统中，小容量节点通常都是其最大的短板，为防止出现并网过载的问题就需要选择由大容量的节点。对此需要先行分析节点输电能力。本文以电气介数作为指标，结合网络理论结束概念，用潮流方程计算节点潮流元利用份额，随后对其进行了量化，分析潮流传播作用，得出与实际相符的电力信息。在线路介数与节点介入中，线路结束计算方法为首先选择一个负载节点与一个发电接点，之后在二者当中注入相同大小大，但方向相反的功率。完成有功功率的注入后，此时的发电-负荷节点的功率与介数代表着潮流传输重要度。

（2）选址与渗透率影响。因为不同节点有着不同的电气介数，所以不同节点直接影响着风力负载程度，其对潮流分布带来的影响非常突出，具体表现为局部负荷率上升、下降，其后果便是潮流分布变得越来越不均匀。本文以潮流熵作为衡量节点介数分析潮流分布影响。在风力发电的节点选址介数处于较小节点，那么系统潮流熵就会呈现提升局面，出现不均匀分布。反之则会呈现均匀分布。不同节点有着不同电气介数，在风机渗透率上升以后，潮流熵也会一同上升，其表示这风机负荷会影响系统潮流分布均匀性。

（3）方法与流程。风力发电的节点选址与渗透率会对潮流分布均匀性造成很突出的影响，加剧故障严重度，对故障发展有着非常不好的作用。为了更好的量化该程度，本文分析了不同介数节点以及影响规模，随后以同位置展开分析，提出对风电渗透率变化带来的不良影响。将风力发电站作为特殊节点联入电网，实现对电网拓扑结构的调整以及潮流分布的改变。随后应用故障模型计算变化联通能力与矢负荷比。通过多次的仿真获取故障过程与联通能力、矢负荷比平均值，减少外在因素、随机因素带来的干扰与影响。

4 结语

参照连锁故障的规模与情况可以得知，在渗透率提升以后，联通性与矢负荷比会得到提升。也就是说渗透率在增加以后，连锁故障问题也会不断加剧。面对同样渗透率，节点介数越高，则联通性与矢负荷比会越小。反之则越大。在风电负荷加载介数小的时候，会出现较大的系统潮流熵，呈现不均匀分布，会加剧连锁故障与线路重载问题。

参考文献：

[1]叶迪卓然，蔡旭，饶芳权.应用于双馈风机高低压穿越的串联阻抗保护方案[J/OL].电源学报，1-16.

[2]曾文珺，吕丽霞.数据挖掘技术在风力发电中的应用综述[J].仪器仪表用户，2019，26（04）：95-99+9.