風電并網對電力系統調度運行的影響

朱雲榜

（中國大唐云南發電有限公司新能源分公司，云南 昆明 650000）

引言：風力發電是當前中國三大電力中最為天然的發電方式，其對自然環境的破壞程度最小，且取之不盡用之不竭，是當前國家重點發展的行業，但是其也會受到風力、風速等多方面的影響，這些因素會對發電系統本身的電壓與頻率等造成較大的影響，因此對其進行探究，進而降低其對電力系統穩定性的影響已經勢在必行。

一、電力系統頻率研究

（一）電力系統維持穩定的必要性

在過往的相關科研項目研究中，很多專業的研究者將電力系統的穩定性研究集中在功用與電壓兩個方面，但是對于電力系統本身的頻率穩定性卻有所忽略。在社會需求的逐年增長下，電力系統本身所承擔的負荷亦在逐步變大，在這種情形下頻率失穩狀況時有發生，這給電力系統的穩定運行帶來了較大的安全隱患。因此對電力系統調度運行時的頻率穩定性進行科學、系統的、深入的研究已經勢在必行。研究電力系統中風網頻率的穩定性的方法分為動態與靜態兩種方式，其中動態研究方式有著過于緩慢復雜的過程，難以在迫切情況下解決燃眉之急，且在實際的頻率維穩時難以起到對應的作用，因此文章從靜態的角度進行風電系統維穩的研究，而靜態研究又分為直接法與快速評估法，應根據風電并網的實際狀況選擇對應的研究方法。

（二）風電并網電力系統頻率分析

與火力發電、水力發電相比，風力發電相對來說有著較大的不確定性，在穩定性以及強弱波動性方面相對較差，功率輸出受到自然風力的影響較大，難以通過人力調節對其進行控制。風力發電在我國已經發展了數十年，有著較大的、完善的、具體化規模，將風力發電納入當前的發電網絡對于提升風力功率以及波動的穩定性有著較大的提升作用。從電力安全運行方面來講，在現階段整體的電力網絡中，風電場本身即為一個涵蓋范圍較廣的干擾發生源，對穩定電力系統有著較大的影響。因此為提升風力發電的功率穩定性及其本身的工作效率，以及加強對風力資源的挖掘，需強化對風電并網后系統頻率的研究工作，以此來保障資源的最大化利用[1]。

（三）實踐探究

為對風電并網后電力系統調度中出現的頻率變化狀況，可借助風速模擬機、算力模型等輔助工具進行對應的試驗來探究電力系統頻率所處的高度以及本身的穩定性，以此來得出準確的結論。實驗主要目的是觀察與對比風電并網之前與之后電力系統本身的頻率變化狀況。其次還需觀察在不同條件的風速下，發電機組并網前與并網后對應的實際數據、電力系統的頻率以及對應的影響程度。最后即需探究在同等風速條件下不同負荷時發電機組并網前與并網后，發電機組整體以及對應的頻率受影響狀況。

1.風電并網之前與之后電力系統頻率變化探究

根據關于風電并網之前與之后電力系統頻率變化制定對應的曲線圖，觀測對應的曲線圖發現風電并網前電力系統本身的頻率沒有大的變化，而在風電并網后電力系統本身的頻率變化呈現出幅度較大的不規則狀態。

2.風速不同狀況下風電并網之后電力系統頻率變化探究

風速不同狀況下風電并網之后電力系統頻率變化情況可繪制對應的曲線圖來進行比較，用曲線a、曲線b、曲線c 等來代表不同風速下電力系統本身的頻率變化狀況。觀測繪制的圖中曲線狀況可知，雖電力系統頻率會較大程度地受到風速的影響，且在波動頻率上有著一些差異，但是趨勢基本一致。由此可做出以下判斷：風電并網后，風速的不同會對電力系統的頻率波動產生不同程度的影響，其后再在具體的實踐中進行該項判斷的論證，得出一致的結論。

二、考慮風電機滑差的電壓穩定分析

將滑差S 作為風電并網對電力系統調度運行分析的變量，以此為基礎構建風力發電機模型，將風速間斷性、負荷、滑差以適宜的方式在潮流算法中融入，按照固定的流程計算出對應的潮流算法結果，以此來電壓不穩定節點觀察依據，并為其后的相關工作提供對應的可靠數據支撐與指導，與傳統形式的計算方式相比，該計算分析方式可較為準確的指出造成電力系統出現電壓不穩定的具體原因，并明確其不穩定電壓產生的具體范圍。滑差在隨機負荷以及對應風速的狀況下顯示的電壓靈敏度指標如下所示[2]。

（一）考慮滑差S 的潮流計算

按照以下公式進行對應的計算：S=n/n1，其中S 指的是電力系統的滑差，n 指的是轉子所處的轉速，n1指的是同步轉速。Pr=-（1-S）RrI2r/S，其中Rr 指的是異步電動機轉子的實際電阻，S 指的是滑差。由以上公式可以看出，若是S 發生變化，Pr 亦會同步發生變化。按照功率平衡原則來說，風力發電機組本身的機械功率與其有機功率始終保持在相等狀態，若是功率難以保持平衡，則需根據風電機組所處的狀態以及變化需求進行滑差S的定向調節，以此來維持二者始終處于平衡狀態[3]。綜合考慮風電機組本身的滑差以及對應的風速隨機性變化，可列出對應的潮流計算公式，按照其對應的公式來分析其實際的變化情況：

（二）滑差后的靈敏度指標

一般情況下在分析風力發電系統中變量中一系列較為微小的數量變化狀況時，可借助靈敏度等對應的指標來進行計算與測量，以此來把握風電系統電壓處于穩定狀態時具體的靈敏度，可以以下方程式來闡述風電系統的潮流方程表達式：f（x，u，p）=0，方程表達式中的x 指的是系統中的狀態變量，u 指的是控制變量，p 則會通過實際參數展開應用，比如在無功負荷與有功負荷方面的應用。據此，通過潮流可行解點線性化能夠得出以下較為完整的關系式：?x=-?u·σf/（σu）·[σf/σx]-1-?p·σf/σp·[σf/σx]-1=?uSxu+?pSxp。試中Sxp指的是當處于x 狀態變量時，參數p 變化時對應的靈敏度，Sxu指的是當處于x 狀態變量時，參數u 變化時對應的靈敏度[4]。

（三）風電并網后電力系統電壓技術相關規定

按照上述的分析以及實際狀況來講，在進行風電并網之后，電力系統本身的電壓穩定性明確受到了不同程度的影響。為協調好電網與風力發電機組間的運行關系，我國先后出臺了一系列專業的技術規定，并對風電機組在并網后的系列電力調度過程提出了各種細致的要求。具體的要求主要表現在以下三個方面：

其一，若是風電在完成并網活的運行途中出現電壓震蕩的狀況，應向電網調度管理部門呈送對應的報告已說明具體的情況，在電壓處于不穩定的狀態時禁止私自合閘送電；其二，該次技術規范明確規定了風電機組在完成并網后的系列運行電力偏差，在電壓偏差控制在10%以內時，可維持風電機組保持正常運行；其三，若是風電機組超過電壓穩定標準值的15%，應立即將其停止以避免其導致更廣范圍的損害，還需按照國家的相關規定以及行業安全法則采取對應的措施來解決對應的問題，如此才可最大限度地避免風電并網對電力系統調度的負面影響，維持電力系統的穩定運行[5]。

結語：探索風電并網對電力系統調度運行的影響，文章從電力系統頻率波動以及電壓穩定性方面，在風電并網后對電力系統調度運行各方面的影響進行了論述與分析。并借助后續的實驗數據進行了驗證，再結合系列的數據計算分析對研究的中心內容進行了檢驗，證明了其研究觀點的正確性。風力發電作為一種無能耗與無污染的綠色發電工程，在其后的電力系統發展中必將扮演著越來越重要的角色，并承擔更加重要的使命與責任，因此對電力系統中存在的相關問題進行研究與探討并促進其的穩步發展，對于我國整體電力系統的快速發展有著積極的意義。