风电对电力系统有功频率的影响及仿真分析

风电对电力系统有功频率的影响及仿真分析

发表时间：2018-05-15T09:24:06.783Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：刘晓亮1 卢怡含2 [导读] 摘要：本文分析了风能的特点和电力系统有功/频率调节的特点，建立了含风电的电力系统有功/频率模型，在此基础上仿真分析了风电的波动性和间歇性对电力系统有功/频率的影响。

（1.国网山东省电力公司潍坊供电公司山东潍坊 261021；2.国网昌邑市供电公司）摘要：本文分析了风能的特点和电力系统有功/频率调节的特点，建立了含风电的电力系统有功/频率模型，在此基础上仿真分析了风电的波动性和间歇性对电力系统有功/频率的影响。

关键词：风能；电力系统；影响

1 风能的特点

风速是时刻变化的，因此风力发电机所吸收的风能也是时刻变化的。风力机转化风能的最大理论效率不到60%，而且转化的风能大小仍然取决于风速的大小。

2 电力系统有功/频率调节

电力系统频率波动的直接原因是发电机输入功率和负荷之间的不平衡。当发电机的电磁功率和原动机的功率不相等时，发电机的转速就会发生变化，从而引起电力系统频率的变化。原动机功率PT主要取决于本台发电机的原动机和调速器的特性，是可以在一定范围内控制的；而发电机电磁功率Pe取决于电力系统的负荷特性、以及其它电源的运行工况，是不可随意控制的。

而风电由于其输出功率的间歇性和随机性，将会严重影响系统的功率平衡，当风电的比重在系统中占到一定比例时，风电引起的功率不平衡将会严重影响系统的频率状况，有可能使其超出允许的范围。

3 风电对电力系统运行的影响

电力系统的发电计划是根据负荷预报对未来几天内的发电机组发电功率做出安排，除了要满足技术约束外，还应该保证：（1）系统具有较强的负荷跟踪能力，响应分钟级或小时级的负荷波动；（2）要有足够的旋转备用，以弥补负荷的突然变化和预期外的发电机开断所引起的功率失衡。

大容量燃煤机组与核电机组在满负荷时效率最高，通常安排这些机组带基荷。为了不违反机组运行的下限，基荷机组的总容量应略低于系统的最小负荷水平。腰荷一般由参与经济调度的机组和调频机组承担。经济调度机组如老式化石燃料机组，主要用于跟踪负荷小时级的变化。调频机组可以是蒸汽机组、柴油机组或水电机组，其响应速度较快，可以跟踪负荷分钟级的变化。燃气轮机运行成本较高，一般安排带峰荷。[2]

假定风电机组是“不可控机组”，即在发电计划中对风电采取不干预的策略，其风电机的发电功率完全取决于风速条件。在这样的调度原则下,当风电在电力系统内的比例达到一定程度以后，常规机组承担的突变性负荷将更大。比如原来风电场承担一定容量的负荷，运行一段时间以后由于风速增大，超过风电机组的切出风速（或风速太小，低于风机的切入风速），因而风电场输出功率在几分钟到十几分钟内就会变为0,其原来所带负荷将由旋转备用机组承担。由于这种情况是经常发生的，因此在电力系统内需要适当提高旋转备用的比例，以维持电力系统运行的可靠性水平。再比如，夜间负荷低谷期往往是风电机发电功率较高时段，风电场的发电功率很可能过剩，为了不限制风电场的输出功率，不得不减少在线运行的基荷机组数量，改由经济调度机组发电。此外，风电的随机波动与负荷的波动叠加在一起，因而使常规机组需要承担的小时级或分钟级的波动负荷将更大。其结果是：（1）使得经济调度机组代替效率高的基荷机组承担更多的负荷；（2）如果基荷机组所带负荷低到不能接受的水平时则要放弃风电；（3）分钟级的负荷波动则需要系统安排更多的常规机组参与调频。

由上可见，为了不限制风电场输出功率并维持电力系统的可靠运行，电力系统的运行方式需要适当调整。调整后电力系统的旋转备用容量增加了，部分负荷从生产成本较低的高效机组向生产成本较高的调频或经济调度机组转移，因而调整的直接后果是增加了电力系统的费用，带来了惩罚性成本，风电的价值也就打了折扣。因此，风电价值应该反映它所替代的燃料成本和由于其并网运行而导致的惩罚性成本。

4 结束语

本文为研究风电功率的波动性对系统有功、频率的影响，分析了电力系统频率变化的原因，最后在MATLAB/SIMULINK中建立了风速模型、含风电的电力系统有功/频率模型，在此基础上仿真分析了风电出力的波动性对系统有功/频率的影响。仿真结果表明，风电在系统中占的比例较大时，其出力的波动性将会影响电力系统有功平衡，从而引起频率的波动，当系统可调的有功功率不足时，将会使频率长时间超出允许范围，不利于电力系统安全稳定运行。

参考文献

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