关于风电不确定性对电力系统影响的评述 高帅

关于风电不确定性对电力系统影响的评述高帅

摘要：风电的主要缺点是风能的不确定性。风电场在实时电力市场向供电公司

供电时会面临供电不足的风险，为保证供需双方的利益，必须要对风电不确定性

进行控制和预防。通过研究风电波动性、随机性和间歇性的关系，归纳总结风电

不确定性的构成因素，分析对电力系统的影响，从而实现不确定性的协调控制。

关键词：风电；不确定性；风电系统；影响

一、风电不确定性

1.1风速

就风速来说，其不确定性体现在多个方面，比如，平均风速、脉动风速，主

要体现在其时空分布方面，极易受到多方面因素影响，比如，地形、高度、空气

密度。想要确定风速，其难度相当大，无法充分考虑影风电功率的一系列因素，

导致呈现出的风速时空分布结构图并不完整，无法准确把握风速，客观评价相关

方面，无法准确把握风电不确定性。

1.2风电转换、风电系统外部

就风电转换来说，其也存在一定的不确定性，受到多方面因素影响，比如，

故障、检修、风速超过限制，也和电力系统运行中机组运行情况、最大风电功率

追踪动态变化等紧密相连。同时，就风电系统外部来说，也存在一定的不确定性，比如，负荷、突发事件。在电网运行过程中，其调度建立在定量分析基础上，相

关人员要综合分析影响风电系统一系列因素的基础上，从不同角度入手对“风电、负荷”的“同向、反向”波动进行全方位客观定量分析，还要准确把握电网调度在充裕性、稳定性方面的影响。针对这种情况，相关人员必须多角度准确把握风电系

统运行特点以及运行环境，准确把握其存在的不确定性，及时解决其存在的隐患

问题，确保风电系统有着良好的运行环境，处于高效运行中。

二、风电不确定性对电力系统影响

2.1对电压稳定的影响

由于风电功率具有波动性和间歇性，进而会导致电压出现波动和闪变。有专

家详细研究了风电功率的间歇性对电力系统电压稳定性的影响，指出保证电压稳

定性的关键问题是对风力发电机组的速度增量进行有效控制，对电压稳定性影响

最大的区域分布在风电场及其附近的节点区域。

2.2对频率稳定的影响

风电的发电功率不稳定，具有间歇性和波动性，从而使其发电量也不稳定，

输出功率不是恒定值。风速发生变化时其输出有功功率就会波动，进而导致电网

内的有功也发生变化，有功会影响电网的频率。如果一个地区的风电所占份额过大，某一时刻有功频率变动过大将会导致频率崩溃，甚至会使得整个电网瘫痪。

2.3对电力系统暂态稳定性的影响

风电并网对电力系统暂态稳定性的影响与风机和电网的运行方式以及电网的

拓扑结构等因素都相关。有学者采用EEAC理论，对FSIG，DFIG对电力系统暂态

稳定性的影响开展了较为深入的研究。研究结果表明，大规模的风电并网会改变

电力系统的潮流分布，电力系统的暂态特性确实发生了变化，可能会降低系统的

暂态稳定性，也可能会对电力系统稳定性有所改善。风电接入的电压等级越高，

风电的渗透率越大，其对电力系统暂态稳定性的影响就越明显。

三、风电不确定性分析

3.1风速的不确定性

（1）波动性、间歇性

现实中的风速呈现出较强的波动性、阵风特点，如果在时域上进行划分，呈

现出大时间范围内风速相对平均，小时间范围内脉动性风速变化的特征，频域上

与低频、高频分量分别对应。无论波动还是间歇，其变化都具有明显的随机性特征，如下表所示。风电功率与风速有关，一般是风速的3次幂函数。风电功率会

有较大波动性，这与脉动风速有很大关系。风电具备的间歇性特点会导致平均风

速出现明显变化。

（2）随机性

在不确定因素中，风速产生的影响最大，无论是平均风速还是脉动风速都具

有随机性特征且十分明显，这也是风电出现不确定性特征的主要缘由。风速会受

地形、高度、空气密度等影响，计算平均风速通常会使用Weibull分布概率模型，在实际工作中，对风速的预测以及运行调度等工作本质是随机数学，不过通常是

估计出未来平均风速情况，不做详细研究。常用的统计方法一般难以反馈出影响

风电的全部因素以及时空分布情况，所以所得数据会与实际情况存在偏差，也在

一定程度上增加了不确定性。

2.2风电转换中存在的不确定性因素

不只是时刻处于变化中的风速会使风电充满不确定性，风电系统以及一些相

关设备如果出现故障也会导致风电转换不确定性增加。例如常见的风机故障，由

于风机系统因故障难以维持正常工作状态，会明显受到风速影响出现不断切入切

出问题；如果风电相关机组出现问题，也会影响正常的运行状态，导致一系列问题；风电功率检测与远程控制系统故障也是导致风电不确定性的一大因素。

2.3来自外部的不确定性

不只是风电系统本身，系统外部也会影响风电系统正常工作，从而增加风电

不确定性，如下表所示。在进行电网调度时，必须针对这些问题做好相应分析工作。

四、缓解风电不确定性对电力系统造成影响的对策

4.1解决风电并网带来的调峰困难问题

要解决调峰问题就要求加大对直调电厂低谷调峰的考核力度，进一步完善直

调电厂低谷深度调峰辅助服务的补偿措施。一是在风电集中的地区加入储能装置，则可在频率超过一定范围后对风电的出力运行进行适当调整，并能充分保证风电

出力在延迟一定的时间后退出运行。二是利用抽水蓄能电站调峰，它启动迅速，

运行灵活可靠，因为火电厂调峰速度较慢，跟不上风电出力变化速度，利用抽水

蓄能调峰，既合理的利用了风能，又彻底地解决了由于风能并网导致火电厂大幅

调峰造成的运行不经济的风险。三是加强风电场出力统计总结，得出季节性规律，从而合理安排火电厂开机方式，使能源得到合理运用。

4.2解决风电并网带来的电压问题

一是需在风电接入集中地区安装静止无功补偿器（SVC）等柔性交流输电系统（FACTS）设备，减少风力发电功率波对电网电压的影响，提高系统的稳定性。

二是加强地区二级电压控制。在风电接入地区，由于风功率出力变化引起的电压

波动较大，枢纽节点需要补偿的无功功率变化亦较大，建议在具有大容量风电场

接入的地区建设地区二级电压控制，以协调该地区的无功功率的分配，优化地区

电网的潮流，维持风电接入地区电网电压的安全稳定。由于风电场自身具有无功-

电压的调节能力，在地区二级电压控制过程中，应充分利用风电场无功调节能力，并配合地区电网内的其他无功功率源，建立地区电网的AVC协调机制。