大规模风电接入对电网调度运行的影响

陈伟

摘要：我国风能资源储量丰富，但风电建设条件具备的地区大多位于电网末端，其系统网架结构相对薄弱。考虑到风电出力的随机性和波动性，可能会对系统的电压水平和电能质量产生影响，因此，本文主要对大规模风电接入对电网调度运行的影响进行了分析研究。

关键词：风电接入;电网调度;具体影响;完善建议

引言

风力的大小决定了风电的负荷，风力呈现出比较明显的随机变化率和预测的不确定性。由于风力的大小与气象条件相关，并且两者之间的变化息息相关，本文定义负荷功率和风力发电功率之差为“净负荷”，并分析和研究了负荷以及风电规模对电网整体特性的影响。以电网调度运行模型为参考框架，发现净负荷的随机变化率和预报不确定性将对电网调整、负荷跟踪和电网运行管理等造成影响。

1风电并网系统稳定性分析

目前国内外较流行的风电机组的类型有三种：基于鼠笼感应电机的定速异步风电机组、基于双馈感应电机的变速风电机组和基于直接驱动永磁发电机的变速风电机组。定速异步风机具有结构稳固、无刷、运行简单、维护价格低、直接与电网相连、成本低等优点，因此广泛运用于风电场中。但定速异步风电机组存在缺少有功、无功控制且输出的风功率波动较大等缺点。双馈感应风机能够分别实现对有功功率和无功功率的解耦控制，从而提高了电能的质量;但与定速异步风机相比，双馈感应风机多了逆变器等装置，增加了经济成本。

1.1定速异步风电机组

定速异步发电机的风力发电系统通过变速箱与定速异步发电机的转子和风机相连;发电机的定子通过变压器直接与电网相连，这种风力发电系统简称为FSIG。

1.2双馈感应风电机组数学模型

双馈感应式发电机的风力发电系统通过变速箱发电机的转子轴与风机相连;双馈感应式发电机的定子绕组通过变压器直接与电网相连;连接于双馈感应发电机端口的“背靠背”（AC-DC-AC）转换器反馈到转子绕组上，为发电机提供励磁。这种风力发电系统简称为DFIG。双馈感应风电机组包括风电机组机械系统、双馈感应发电机、变频器、转子侧变频器控制系统以及电网侧变频器控制系统等模块。

2大规模风电接入对调度计划的影响

2.1存在的问题

有功功率的实时调度是电网运行系统的核心所在，不仅关系到系统有功功率和频率的稳定性，而且对电网系统的安全、可靠运行起着重要的作用。国内电网运行中主要采用自动调度控制（AGC）方法，其在应用中的缺点有：（1）自动调度控制方法缺乏合理的科学依据，仅仅依靠经验数据来制定调度策略，与功率预期之间存在矛盾;风电的实时监测日负荷数据和预测结果常常在第二天具有较大差别。风电负荷的随机性和波动性使得预测方案无法正常实施。（2）调度员的操作缺乏准确调度策略的指导，工作实施强度较大;调度模型不合理，难以确保电网系统的安全性和发电效率。（3）很容易出现AGC的可调容量不足的情况，进一步影响了系统的安全性和发电效率。大规模风电系统接入电网后，风电的随机变化率和预测的不确定性对整个系统的发电负荷和安全运行带来了挑战。为了提高风电接入的能力，需要对电网的有功功率调度进行针对性的考察和研究。

2.2风电有功功率调度的几个问题

2.2.1风电有功功率调度模型

传统的调度方法一直将可再生能源算作负的负荷，在模型优化过程中，对期望的负载值和可再生能源生成值进行预测分析。同时将可控发电机的输出方式调整为阶跃负载。将模型预测控制理论应用于风电调度问题，提出了一种前瞻性优化调度控制方法。该方法依据经验值对风电输出功率进行预测，对风电接入进行阶段性合理调度，与传统的以风电为负的负荷的电网调度方式相比，该方法显著降低了系统运行成本。在以风电机组风险约束和负荷安全边界约束为主的直流潮流优化调度模型中，建立以风电风险和运行成本影响为主参数的目标函数，并将模糊函数用于风电接入约束的计算中，用以考虑风电接入的不稳定性。当综合考虑风电超时调度导致的待机成本和调度不足导致的风电关机成本时，仿真结果显示，当备用成本系数增加时，风电机组的发电量趋于下降，风电成本系数的增加提高了风电的利用率。随着人堆环境保护意识的增强，有源发电的污染物排放问题日益受到重视。在建立调度模型时，需考虑运营成本函数与污染物排放成本函数，因此，风力发电也被称为环境/经济调度。

2.2.2风电有功功率调度算法

在进行风电有功功率调度优化算法时，提出了一种经济可行的调度方法，即直接搜索算法。该算法的优化目标函数包括电网系统的运行成本和待机成本。采用随机波动理论建立了风电场电力系统动态调度模型，并利用随机模拟、神经网络和遗传算法相结合的混合智能算法求解该模型，有效改善了调度模型的收敛速度和搜索性能。由于模型包括多目标优化、多值和非线性特征问题，传统的数学优化算法很难解决。因此，本文使用遗传进化算法来求解模型。利用拉格朗日松弛算法可将动态优化调度问题分解为几个并行子问题，同时结合凸规划模型的特点，使用子问题动态优化算法的逆优化来加快计算速度。

3完善风电并网的建议

3.1风电场对无功补偿装置的要求

现阶段风電场采用的无功补偿装置主要可以分为动态补偿装置和静态补偿装置两种，这两种各具优点，适用于不同的情况。前者具有稳定的容量，适用于系统正常运行时的无功功率的补偿，比如变压器的运行损耗，就可以通过在异步机的端口处并联电容器来解决。后者的容量变化较大，一般用来补偿风速扰动或者发生故障时所吸收的无功功率。在运行过程中，异步机自身是不能够进行无功调节的，并且在在发出有功功率时还要吸收无功功率来进行励磁。如果这个过程中发生了故障，那么需要吸收的无功功率就会更多。若发生故障或者扰动，则从系统吸收的无功功率更多。所以这就要求风电场自身具有一定的无功调节能力，也就是说，需要在风电场的并网点加装动态无功补偿装置，从而对风电场变化的无功功率进行补偿，这一装置必须足够敏感，能够监测到风电场无功需求的变化;必须能够实现快速的调节和平滑的过渡。从而在电场内部实现无功功率的平衡，保证电网电能的质量。

3.2无功补偿装置性能

静态无功补偿具有固定的阻抗，所以它也就只能用于补偿固定的无功需求，对于系统故障变化的无功需求，是难以实现无功补偿的。现在常用的并联电容器、饱和电抗器都属于这类装置，它们一般不单独使用，而是配合动态补偿装置进行使用。动态无功补偿装置包括的范围更广，我们常见的同步调相机、晶闸管投切电容器、静止无功补偿器、静止同步补偿器等都属于此类。它的阻抗是可以变化的，所以它也就能够根据具体的无功需求来进行调节，及时按照无功功率的容量需要来进行补偿和电压支撑。这两种类型的装置各具特点，在电场的无功补偿具体应用中，应该根据自身的实际情况出发，合理选择搭配，从而实现改善电压偏差和波动的问题，从而提高电网电能的质量。

4结束语

风电并网会产生电压偏差、电压波动等等一系列问题，但是通过一些补偿装置等技术手段的应用，能够很好的控制这些问题，从而减轻其对电能质量产生的一系列影响。我们的工作人员应该积极探索，多结合新的科学技术，进一步减小其对电网电能的影响，保证我国电网的稳定运行。

参考文献：

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