風力發電接入系統對電網潮流與線損影響分析

董 蕎

（國網北京市電力公司，北京 102200）

0 引 言

在環保節能減排實現能源系統可持續發展的要求下，可再生能源發電技術不斷發展應用于實際的電力系統發電作業，其中風能憑借著其清潔、成本低、資源豐富、靈活、獲取便利等優勢，加之風力發電技術目前相對成熟，使風能成為了當前電力系統中接入最為廣泛的可再生清潔能源[1]。風力發電作為分布式電源，將其及所屬設備接入電力系統促進了傳統電力系統的能源結構轉型。風力發電雖然便宜易得，對環境友好，但是風力發電受季節、氣候等因素的影響較大，具有波動性和間歇性，存在較大的不確定性，容易對電網運行的穩定性和電網的風電承載力造成干擾，影響電網服務質量。

電力系統中的各種電氣設備在運行時無法將電能完全轉換，會出現電能損耗的現象。在電力傳輸過程中，由于線路電阻或電網配電運行方式不合理，會產生一部分的線損。風力發電接入電力系統后，電網潮流分布由單一流動的模式轉為雙向流動模式。不斷增加風力發電的裝機比例，而電網對風電的承載容量和風力發電機組承載力有限，對電網的潮流分布和線損都產生了影響，進而沖擊了電網服務質量和安全穩定運行。文獻[2]利用知識經驗和深度強化學習對大電網的潮流變化進行了計算，但是風力發電的不確定性，導致無法準確地獲取先驗知識。為更好地對接入風力發電的電網運行、規劃進行有效的管控，本文分析風力發電接入系統對電網潮流與線損的影響。

1 風力發電接入系統對電網潮流與線損影響分析

1.1 風電接入對電網潮流影響分析

電網的潮流由電網參數和結構確定，電網接入風電電源后，電網中的潮流流動發生變化。若電網中共有D個節點，分布式供電電源共d個，將電網負荷作為阻抗，則由電路穩態和功率分布分析，可以得到電網中電源q的輸出功率。將電網中各節點功率分解，可以確定功率歸屬[3]：

1.2 風電接入對電網線損影響分析

當風電接入電網后，電網中的線損可以按照下式計算[4]：

式中，ΔLS1和ΔLS2分別為母線到風電機組的往返線路損耗；U為風電機組的發電電壓；R為機組電阻；γ為風電接入占據線路比例；Wl為線路功率；Wfd為機組功率；Ql和Qfd分別為線路和機組變壓器銅損。風電接入電網后，產生諧波影響電壓。由于改變了電網潮流，吸收無功功率，降低電網損耗。當風電出力為2倍負荷時，線損不變；大于2倍負荷，增加線損；反之，減少線損。

2 實例驗證

為對上文提出的風力發電接入系統對電網潮流與線損影響分析方法的實際應用可行情況進行研究，選取實際的風力發電接入電網作為應用對象，驗證所提出的分析方法是否有助于電網運行管理工作。

2.1 實例驗證方案設計

本次實例驗證所選取的風力接入電網以輻射型方式連接各輸電線路，電網中共有25個節點，其中傳統電源節點和風力發電節點各一個。風電發電的裝機容量為50 MW，電網中使用的輸電線路的線路阻抗、電網各節點負荷以及節點變壓器、風力發電機組的發電能力情況等參數已知。

選用將本文提出的分析方法與基于知識經驗和深度強化學習的方法進行分析準確度對比的方式，直觀得到相應的對比數據，通過分析總結最終的驗證結論。驗證中，利用智能電網的識別技術，計算電網的理論線損并利用仿真軟件模擬電網潮流分布。將兩種方法對電網潮流分布以及線損的分析結果與理論值進行比較，完成實例驗證研究。

2.2 實例驗證數據分析與討論

表1中的數據為兩種分析方法對風力接入電網的潮流分布和線損情況與理論值的對比結果。

表1 實例驗證數據

分析表1中的數據可知，電網理論線損電量與本文方法的分析結果更接近。統計來講，本文方法的平均線損率為3.11%，對比方法的平均線損率為4.75%，理論平均線損率為2.97%。本文方法分析的平均線損率與理論值相差更小，更能反映線損的情況。此外，對于電網內潮流變化的分析，本文方法分析結果與理論值之間的差距整體上小于對比方法，表明使用本文方法分析風電接入對電網線損與潮流影響是可行的，并且方法的分析結果較為精確。

總結以上的實例驗證數據分析內容可知，本文針對風力發電接入電力系統情況所提出的電網潮流與線損影響分析方法能夠精確計算電網中因風力發電接入而造成的線損和潮流變化，準確分析電網接入風電后受到的具體影響情況，為今后的電網運行管理中處理風電的功率雙向流動提供技術支持。

3 結 論

風能是一種在我國缺少煤炭等常規能源的地區以及部分內陸地區可以廣泛獲得的可再生清潔能源。憑借其價格低廉、獲取方式簡單、不會向空氣中排放污染物造成影響等優點，在我國的發電系統中不斷推廣應用。但是，風力發電接入電力系統后，改變了電力系統的能源結構組成，而風發電自身的不確定性和不穩定性，造成接入電力系統的分布式能源穩定性較差，同時也會影響電網潮流流動模式和配電線損變化。為便于對電網進行更加準確的調控，本文研究了風力發電接入系統對電網潮流與線損影響分析方法。通過在實際運行的電網中對該分析方法的應用，驗證了所提出方法的準確性，為今后的電網管理工作提供了理論依據。