分散式风电多点接入协调优化控制分析

李建龙

摘  要：分散式风电若采用机组并网方法，则很可能造成配电网的损失增加，以及电压不稳等一系列状况。基于此，本文结合分散式风电机组多点协调特点进行分析，对网损、电压、功率因数等数据的关系予以明确，并对分散式多风电厂的网损情况及具体的优化措施展开深入探讨和研究，旨在将网损以及电压偏差控制在最小，供相关从业者参考。

关键词：分散式风电;多点接入;协调优化分析

引言：

将分散式风电场并网后能够对风电消纳问题进行有效解决，在传统的配电网内部，分散式风电场通常运行在最大功率点，在配网电压以及无功控制方面并不直接参与，但具有高渗透率的分散式风电场在接入后会产生具有一定程度的间歇波动性，若不对其进行及时处理，这种波动会对安全经济运行造成不利影响。

一、分散式风电多点接入的协调特性特点分析

分散式风电场与集中式风场在并网方式上具有一定差异性，其中，分散式风电场的并网方式是建立在变电站中的低压侧母线基础上，或采用T（Π）方式接入线路，电压在低压侧母线的范围内消纳，实际接入点较为多样。分散式风电场的多点接入特点能促使网点位置与负荷侧方向靠拢，由于这种接入方式使得风电场与配电网的距离较短，一般情况不增设无功补偿装置（动态化），并且风电场具有一定的间歇波动性，会造成配网的电压不稳定波动。

二、分散式风电功率的波动在配网电压以及网损方面产生的主要影响

（一）配网电压方面的影响

在分散式风电场完全连接配电网时，电网内部的主要结构具有多电源的特点，这种特点会使得线路的潮流、电压等方面的变化更加复杂，若将线路的节点数量设置为N，节点的负荷为Ri+jXi（i=1，2，3，4…N），其中U0可设置为线路的初始电压，Ui代表节点i所对应的电压，若不考虑分散式风电场接入配网，并将功率的方向以及电源测流向设置为正方向，线路损耗忽略不计，那么节点每个节点之间的电压损失为：

若不考虑电场系统的无功补偿，其负荷的功率都是在0以上，这种情况下的电压损失数值为正，此时电压损失一直为正值，代表线路的电压数值会在线路距离的增长而减少。由于分散式风电场的功率具有一定的随机波动性，使得配电网内的各个节点电压分配更加复杂化。基于此，需对分散式风电场的功率因数进行有效调节，或将其功率设置为无功功率，以此达到优化电压分配的效果，以此将电压偏差降低。若功率因数为正，则风电场的消耗无功功率，电压偏差恶化;若功率因数为负，可通过并网方式将变流器以及电容发出无功功率，通过这种方式能够有效优化电压分布曲线。

（二）配电网网损方面

当分散式风电场接入配电网后，电网系统总的有功功率PLDWF为：

无功功率网损为：

其中，Pi、Pj为节点，i、j为有功功率，Qi、Qj：节点，i、j为无功功率，

Ui、Uj为节点，i、j电压;

δij：i、j的间功角;

rij：i和j的间电阻;

xij：i和j节点间电抗;

PGi、QGi：分别为节点i的注入有功功率和无功功率;

Pei：节点i的有功功率;

φei：节点i的功率因数角;

PLi、QLi：分别为节点i的负荷有功需求和负荷无功需求;

不难看出，分散式风电场的注入功率若呈现增加趋势，电网方面的输送负荷则会逐渐减少，使得有功功率的网损有所降低。若网损的有功功率控制到最小，并将风电机组的有功功率持续增加，则会直接造成逆向潮流的情况出现，使得网损现象加重。若并网后的分散式风电场的功率保持不变，一旦功率因数升高，则会造成有功功率增加，并使网损出现先减后增的情况出现。其中，配电网的网损与风电机组的注入功率以及功率因数方面的影响，符合抛物线特征。

三、分散式风电场多点接入协调优化要点分析

（一）电压偏差的主要特点

电压偏差是指对系统稳定性的判断数据和衡量标准的指标，当分散式风电场连接并网时，该接入点区域所产生的电压偏差δv

为：

UN：节点间的电压额定值。

若此电力系统处于正常运作状态，距离母线越近的区域电压偏差是相对较小的，反之电压偏差越大。对于分散式风电场的多点接入方式，相关技术人员需对不同风机在接入点区域的电压偏差进行全面分析，使其协调运行。

（二）总网损率的定义及特性

在配网正常运行过程中，只有将有功网损以及无功网损控制在最小范围内，配网才会达到一个相对经济的状态。其中，接入点的有功网损率APL以及无功网损率RPL分别为：

、

由于功率因数的差异会对网损产生不同程度的影响，技术人员需定位风电机组的最佳接入点以及功率因数，将网损降到最低。基于最小值的有功网损以及无功网损的多目标函数公式为：

其中，Itotal：總网损率;

σ1，σ2：分别为有功网损和无功网损的权重系数（0≤σ1≤1，0≤σ2≤1，σ1+σ2=1）。在实际的运行条件下，连同外界的有效控制能够将风电机组的实际运行功率因数予以确定。

（三）双层调控优化

1.电压偏差方面

若将风电机组的功率因数设置为不变，那么分散式风电场多点接入多目标函数计算式为：

其中，α1，α2：网损率和电压偏差率的权重系数（α1+α2=1）;若电气距离增加，那么α2对应的偏差率也会相应增大。多目标函数主要包含有功网损率和无功网损率以及节点间的电压最大偏差率δv构成，计算偏导为：

若风电机组的功率因数为1，最小网损的情况下的风电机组容量为：

若风电机组的功率计算数值有所差异，则表示配电网的有功网损和无功网损都没有控制于最小值，使得功率因数发生改变，造成配电网的网损呈现增加趋势，其中网损的最小值通常根据kii、hij、γii、ξij等参数决定。

本文针对分散式风电机制定的多点接入协调方案，其核心内容通常为不同接入条件下的实际网损值，并将不同网损条件下的电压偏差值控制在最小，再结合电气距离将网损率和电压偏差率的权重系数予以确定，最终将网损率、电压偏差率的综合值控制到最低，这种情况下所产生的优化策略通常具有高度的协调性。

2.双层调控多点优化策略

分散式风电机组在接入双层调控模式中，其关键内容主要包括整定层以及分配层，并通过多目标函数计算流程将网损值和电压偏差予以降低，然后，再将接入点的容量、功率因数进行合理分配，促使分散式风电机的功率因数可以有效优化。在经过上述严格计算流程后，网损最小值以及电压偏差的数据则以此确定，基于上述计算求得的最小网损和电压偏差，可通过系统将接入点提前预设，将每个点根据系统预先设定，并以此计算容量之和的最大值以及最佳接入点，通过这种方式计算出风电机组的实际功率因数。

（四）结果分析

在分散式风电机接入相应的配电网之后，可对电压负荷提供潮流，其中主網对负荷输送功率有所降低后，无功损耗相应减少。不难看出，这种方式与集中式接入配网的方式，要更加具有协调性和可控性。当采取分散式风电多点接入方式时，这种情况不仅能够使得风电的接入容量有所提高，也能够使得网损和电压偏差两方面的参数降低，以达到促使系统稳定运行的作用。寻找最佳接入点，并将接入容量增强，提高配网运作效率，是确保配电网稳定、高效运行的最佳方式。

结论：总的来看，能够对分散式风电机配网产生影响的因素主要有无功、有功两种网损以及电压偏差三方面的指标。为促使其达标，相关人员需建立多目标函数将功率因数控制在最佳点。双层协调最为优控制方式能够将配网的网损值明显降低的同时将母线的电压水平提高，促使整个系统稳定运行，既保证了运作的协调性，也将功率因数有效滞后，将电压偏差降低。

参考文献：

[1]吴晓平.利用闲置地块开发分散式风电的风机选址与选型研究[J].南方能源建设，2021，8（02）：46-51.

[2]刘昊，王玮，崔嘉.分散式风电多点接入协调优化控制策略[J].可再生能源，2020，38（02）：218-224.

[3]刘嘉超，刘建伟，王明，等.典型分散式风电工程电力系统接入优化设计[J].电网与清洁能源，2019，35（06）：60-68.