| 标题 | 风电不确定性对电力系统的影响研究 |
| 范文 | 董敏 摘要：随着新能源使用的增加，人们对可再生发电系统的建设也在持续增多，特别是对风电系统的应用有了更多的了解。风电系统具有消耗低、成本少等优点，适宜大规模建设的發电系统。但由于自然风力发电具有不确定性，影响着电能的质量和可靠性。本文对风电的不确定性进行了分析，同时阐述了风电不确定性对电力系统的影响，并对风电不确定性给出了相应的应对措施，希望为风力发电提供参考。 Abstract： With the increase in the use of new energy sources， the construction of renewable power generation systems has continued to increase， especially for the application of wind power systems. The wind power system has the advantages of low consumption and low cost， and is suitable for a large-scale power generation system. However， due to the uncertainty of natural wind power generation， it affects the quality and reliability of electric energy. In this paper， the uncertainty of wind power is analyzed， the influence of wind power uncertainty on power system is also expounded， and corresponding countermeasures are given for wind power uncertainty. It is hoped to provide reference for wind power generation. 关键词：风电；不确定性；电力系统；影响 Key words： wind power；uncertainty；power system；impact 中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0182-02 0 引言 风力发电是通过自然界的风进行发电，不仅解决了火力发电中对可再生资源的消耗，也降低了对环境的污染，是新生能源中的重要发电形式。但风力发电具有一定的不确定性，能够给发电系统带来影响。只有了解了风电的不确定性，明确这些不确定性给电力系统所带来的影响，并寻求有效的应对措施，才能更好地利用风力发电，给用户提供质量可靠的电能资源。 1 风电概述 在自然界中，太阳能、风能、水能等都是重要的可再生资源，能够在使用后重新产生，对电力发电有重要意义。利用这些可再生资源进行发电比传统的火力发电有着巨大的优点，是减轻环境污染的重要手段。其中风能发电能够为广大用户提供优质的电能，是未来能源革命的重要形式。风电在我国得到了大规模的使用，不仅是对电能的极度需求，也是对环境安全的保护。 但风电有着很强的不确定性，会随着时空的分布而出现间歇性和波动性。对于风速的预报虽然有着一定的误差，但对风力发电的影响较小，而风力的间歇时段预报有着较大的误差，这导致风力发电也存在着间歇性，影响了电力的可靠性。随着地域的扩大，风力的间歇性会更加明显，也让电网发电的影响更加巨大。因此要对电网运行中的注入量进行预测，从而实现有效调度，确保电网电量在风电不确定性时能够得到及时补充。 2 风电不确定性 风电在使用时，由于自然条件的影响，存在着很多不确定性，这些不确定性会严重影响着电力系统的发电效果。风电的不确定性主要表现为风速的波动和间接性、风电的随机性。 2.1 风速存在波动性和间接性 风在运动时，风速会表现出不确定性，主要是具有波动性和间接性。在时间上，每段时间的风速是不同的，平均风速难以平稳把握。并且风速具有时段性，并不是时刻存在的，有些时候会出现较大风速，有些时候风速则较小，有些时候则没有风。因此由于风速的波动性和间接性，导致风力发电系统并不能一直依靠风力进行发电，这给系统的运作带来了影响，造成无法平稳且持续地向外供应电力。通过研究发现，在一个小时内，风力发电的变化量占总容量的10～35%，但随着时间的延长，四到十二小时则风电变化量超过了50%。这种发电功率的波动性是由于脉动风速所引起。对于风电的间歇性，则无法进行预测，通常是处于随机变化的。表1为风速的波动性和间歇性研究表。 2.2 风电存在着随机性 由于风速的波动性和间歇性，在对风电进行研究时，需要对当地的自然气候进行长时间观察，进而了解风的运行规律，制定适宜当地风力发电的可行方案。合理的风电方案能够在一定程度上解决风电的不确定性，但风电的随机性是难以消除的，会一直存在，这不仅同当地的自然气候有关，也同地域性和空间性的自然环境有紧密联系。例如，某个时间段，沿海地区会出现台风天气，给风力发电带来了严重的影响。台风是并不是持续出现的，并不代表该地区的自然气候，因此存在着随机性。在风电转换时，设备发生故障的时间和频率等都存在随机性。 2.3 风电的不确定性因素 风速的不确定性主要在平均风速、风向等上得到体现。由于自然环境的复杂性，外界的地形、高度、空气密度等都会影响到风速，直接导致风速存在不确定性。常用Weibull分布作为平均风速的概率模型，分布的尺度和性质参数可直观地反应风速期望和标准差。普通的统计方法能够对风电功率的不确定性因素做出反映，却不能将风的时空分布进行完整反映，因此，利用风电的不确定性对风电系统进行评估时，结果会存在一定的偏差。 对风电转换的不确定性造成影响的因素主要是：风机故障、风速越限引起的切入切出、机组运行特性变化、最大风电功率同远程调节等工况变化。风电系统内部和外部都存在不确定性因素，包括发电机组、负荷、随机事件等。表2是风电系统内部和外部存在的不确定性因素。 3 风电不确定性对电力系统的影响 由于风电具有极强的不确定性，给风电系统的运行带来了影响，这种影响时具有时空特性的。 3.1 对频率产生的影响 风电系统的稳定性可以在一定程度上反应系统低于外来干扰的能力，风电系统的充裕性则表现了系统能够为用户提供电力能力的高低。由于在评估风险和控制风险时存在着不确定性，并且包含了对分岔、混沌理论的研究，造成不确定性因素对大规模风电会形成极大的影响。不同地区风电机组在相同的调频时间尺度上有着不同的功率波动，风电场的集聚效应也在一定程度上对风电功率的波动构成影响，并且可以降低这种波动。 3.2 对电压产生影响 风电功率波动会导致风电系统的电压产生波动，主要是由于风速、湍流强度、塔影效应等对电压闪变值的改变。在低频段范围内，电压闪变值的离散化计算误差较小，适宜应用在风电引起的电压波动中。 导致风机频繁脱网的因素主要是电机上网环节需求、电网电压稳定性等。大规模风机入网，电网中增加了感应电机，让电压失稳，因此，风机脱网现象时有发生。对于这种情况，一般可以安装动态无功补偿设备加以控制，能够有效降低电压失稳的情况，防止安全事故的产生。 3.3 对暂态稳定性构成影响 对于恒速异步风力发电机，本身并不存在同步稳定性问题。一些文献根据EEAC理论，希望利用FSIG取代同步发電机。在这一过程中，当风机的类型发生改变，存在着故障位置、时间的不同时，将会影响到电力系统的暂态稳定性。特别是介入高等级电压时，对风力发电机的暂态稳定性的影响更为明显，需要利用变频器进行调节控制，让系统的稳定性得到提升。对于不对称故障和动态负荷运行模式，也要加强对风机接入暂态稳定性的重视程度，做好相应的应急和研究。 3.4 对系统性能造成影响 风电系统的性能非常重要，良好的性能可以保持电力的稳定性，满足一定范围内用户的用电需求。但风电的不确定性会影响到风电系统的性能，给电能的生产带来干扰。风电不确定性会影响电力输送设备，对发电系统的各项参数造成影响，进而降低了电力输送设备的性能，让电力输送变得更加困难。风电不确定会降低发电系统的性能，让系统性能出现波动，需要利用更多的性能控制设备对系统的稳定性进行控制，这在一定程度上降低了系统运行的可靠性，给电能的生产带来困扰。 3.5 对电力市场产生影响 风电的不确定性让风电系统对各级备用容量增加了，例如对调频和旋转备用的需求得到提高。随着可再生资源需求和使用的不断增加，可以利用需求侧管理措施对备用市场和充裕度进行控制，让市场力得到缓解。控制和优化市场充裕度，做好合约决策和执行决策环节，对电力市场的博弈和风险动态配置资源进行有效管理，让风电不确定性对电力市场的影响得到相应控制和降低。 4 结束语 风力是重要的可再生能源，对发电有着重要的作用。但风电具有不确定性，不仅风速存在间歇性和波动性，风电也存在随机性，这给电力系统的安全性、充裕性等带来了影响，很大程度上干扰了电能的质量和经济性。为了让风电能够得到有效利用，需要对风电功率预报进行完善，从时间、经济、技术、环境等多方面进行控制和优化，做好发电、运输、用电等环节的控制，使所有环节都得到调节，降低成本和时间尺度上的风险。只有更好地了解风电的不确定性，才能进一步提高风电系统的稳定性，为国家的风电系统做出贡献。 参考文献： [1]刘光辉.风电不确定性对系统的影响研究[J].山东工业技术，2017（16）：220. [2]全生明，王江波，梁榕珊，李娜，曾鸣，阴少华.风电不确定性对电力系统可靠性的影响[J].华东电力，2010，38（11）：1699-1701. [3]薛禹胜，雷兴，薛峰，郁琛，董朝阳，文福拴，鞠平.关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：5029-5040. [4]艾欣，周树鹏，赵阅群.考虑风电不确定性的用户侧分时电价研究[J].电网技术，2016，40（5）：1529-1535. |
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