風電的發電特性及優化運行技術分析

摘?要：風力發電作為可再生清潔能源風能的轉化利用，在能源替代與節能減排的低碳電力發展中扮演重要角色。風速具有概率隨機性和參數模糊性的多重不確定性特征，風電并網后其隨機模糊不確定注入功率影響電力系統潮流分布與調度決策，需要對風電并網后的系統采取優化運行技術，文章詳細分析了風電的發電特性及優化運行技術。

關鍵詞：風電;發電特性;優化運行;技術

一、 引言

近年來，傳統能源不僅傳出能源緊缺問題，更由于其污染氣體的排放引發環境問題而讓人深惡痛絕。全球能源結構的轉型勢在必行，清潔能源正在逐漸取代傳統能源的使用。風力發電作為重要的能源形式，由于其具有節能減排，取之不盡的特性深受喜愛，未來風力發電在我國的應用范圍將會進一步擴大。與此同時，風力發電出力的隨機波動性也給電網運行帶來一定的影響和挑戰，系統面臨一定的新能源消納壓力，直接關系到電力系統的安全穩定運行，為此，首先，分析了風力發電的出力特性，其次，分析了風力發電并網對電網的影響，最后，對風力發電的優化運行技術進行了實例分析。

二、 ?風電的發電特性

風電的出力大小具有明顯的間歇性和波動性，在較長的時間尺度下，出力時大時小，與風速具有直接的關聯。對于風電出力大小的表示，可以采取分段線性公式進行表示。當風速在不同的區間時，風電機組的出力大小也有所不同，從而較為準確地表達出風電的出力特性。對于風速的模擬，可以采用威布爾分布函數進行表示。當準確表達出風電的發電特性之后，就可以對風電并網后的系統進行優化運行，提高風電并網后的系統運行穩定性和安全性。

三、 ?風電發電系統的優化調度和靈活運行模型

對于風電并網后的系統優化運行，可以根據風電并網后的系統實際情況，采用優化調度策略，提高系統運行的經濟性和靈活運行水平。在分析風電發電系統的優化運行之前，首先需要構建風電發電系統的優化調度模型，在模型中考慮多種影響風電消納的因素，為此以下分別對模型中的目標函數、約束條件和模型的具體求解算法等進行分析。

（一）目標函數

文章以系統的風電消納電量最大為目標函數，風電發電系統優化調度模型的目標函數如下式所示。

上式中的Pw，t為風電在時段t的消納電量，目標函數前面取負號，就可以轉化為最小值優化問題，方面后續對模型的求解。

（二）約束條件

在風電發電系統優化調度模型中，常規的約束條件包括系統的有功功率平衡約束、各個節點電壓在合理的范圍之內，各線路的潮流在允許的載流量范圍之內等。除此之外，對于系統中并網的風電，應根據各個風電場的具體裝機容量，具有一定的出力上下限約束，如式（2）所示。

在上式中的Pprew，i，t為風電的預測出力。此外，常規火電機組應該滿足一定的機組爬坡約束，如式（3）所示。因為風電的出力具有一定的間歇性，常規火電機組應該能夠追隨可再生能源發電的實時變化，以保證系統的功率實時平衡。

在上式（3）中的PupG，i和PdownG，i分別為常規火電機組的出力增減速率，速率越大，表明機組的爬坡能力越強。對于并網的風電電源，應采用一定的功率控制方式。若風電電源采用恒功率因素運行方式，即應滿足如下等式約束。

式中Qw，i，t分別為風電在時段t的無功出力。對于風電并網后的系統優化調度模型的求解，需要采用相應的優化算法進行求解。

四、 案例分析

對上述構建的風電發電系統優化調度模型進行求解，首先通過求解機組組合模型，確定機組合理的開機方式。在此基礎上就可以具體分析風電并網的消納電量情況。在模型的具體求解中，主要采用的為預測校正內點法進行優化模型的具體求解。文章采用IEEE 39節點算例對電力系統中的并網風電消納進行分析，將系統中的節點12接入風電場，進行分析可再生能源的并網消納情況。當分別構建不同的場景，在風電具有不同的裝機容量下分析風電的消納情況。場景1為風電的裝機容量為1190MW，場景2為風電的裝機容量為1800MW，場景3為風電的裝機容量為2300MW。在上述各種場景下的系統棄風率、棄光率和可再生能源的滲透率如表1所示。

由表1可知，當風電的裝機容量越大時，則系統的棄風率隨之增大，因為系統中可調節的資源難以滿足大規模風電并網的消納需求，故有一部分的可再生能源電量無法消納，在發展可再生能源時，應考慮到電力系統的實際情況。同時，在風電出力較大的時段，此時火電機組的出力曲線會有明顯的降低，表明火電需要騰出一定的空間用以接納可再生能源的電量。當可再生能源的電量較小時，則需要火電機組進一步增大有功功率，以滿足系統的負荷需求。

五、 結語

近年來，風電的裝機容量在不斷擴大，風力發電在系統中的占比不斷提高，可再生能源發電已經成為我國重要的能源形式之一。但可再生能源具有隨機性和波動性，大量可再生能源并網后會給系統帶來一定的沖擊和挑戰，文章主要分析了風電發電系統的消納問題和運行靈活性問題，以使風電并網后系統仍能保持穩定運行。

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作者簡介：馬彬彬，濟南和源工程咨詢有限公司。