風電站中功率控制系統(tǒng)的應(yīng)用
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[摘要]近年來新能源在電力系統(tǒng)中的裝機容量不斷擴大，其中風電是重要的可再生能源形式之一。風電出力具有較大的間歇性，出力隨風速的變化而變化，風電并網(wǎng)后對系統(tǒng)會帶來較大的沖擊。在風電站中裝設(shè)功率控制系統(tǒng)具有必要性，可以保證風電并網(wǎng)后的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本文詳細分析了風電的出力特性，并對功率控制系統(tǒng)在風電站中的應(yīng)用進行了闡述。
[關(guān)鍵詞]功率；控制系統(tǒng)；風電站；應(yīng)用
目前風電在電力系統(tǒng)中已經(jīng)具有較高的電量占比，但風電出力具有較強的間歇性和波動性。常規(guī)的火電機組具有一定的功率調(diào)節(jié)能力，但當風電的并網(wǎng)規(guī)模較大時，則難以滿足系統(tǒng)的調(diào)峰需求，需要對風電機組裝設(shè)必要的功率控制系統(tǒng)，降低風電出力的波動幅度?，F(xiàn)有的風電功率控制系統(tǒng)存在著一定的調(diào)節(jié)速度慢的特點，可以對風電功率控制系統(tǒng)加以改進，提高風電的消納電量和利用效率，保證風電并網(wǎng)后的經(jīng)濟性。
1風電發(fā)展的背景
能源是人類社會賴以生存發(fā)展的資源之一。由于全球能源形勢日益嚴峻，各國都意識到能源在未來的發(fā)展競爭中將發(fā)揮日益重要的作用，紛紛加入到開發(fā)利用新能源的行列中。風光等新能源的出現(xiàn)可以有效降低對傳統(tǒng)化石能源的過分依賴，緩解當前的能源緊張形勢，而且新能源具有對環(huán)境污染小和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢，在未來社會的能源結(jié)構(gòu)中將占有重要地位。目前已經(jīng)投入使用的新能源包括風電、太陽能、地熱、潮汐能及生物質(zhì)能等，近年來新能源的裝機容量不斷擴大，應(yīng)用領(lǐng)域也逐步擴寬。其中風電是到目前為止技術(shù)較為成熟、資源較為豐富的可再生能源之一，具有較好的應(yīng)用前景。我國風電的發(fā)展路線是以集中大規(guī)模接入為主、分布式接入為輔，并將建設(shè)多個風電能源基地[1]，但是大規(guī)模風電接入電網(wǎng)后給電網(wǎng)的運行帶來了挑戰(zhàn)，也會帶來風電功率控制困難的問題，還會引起電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題。此外，大規(guī)模風電并網(wǎng)還會對系統(tǒng)潮流和網(wǎng)損、電壓水平、系統(tǒng)頻率、輸電能力、繼電保護、系統(tǒng)可靠性以及常規(guī)機組的出力調(diào)節(jié)等方面帶來一定的影響。
2風電的出力特性
風電出力與風力大小具有直接的關(guān)系，一般而言，當夜間風力較大時，風電機組的出力也較大。在白天的時段，風電出力一般較小，具有較為明顯的反調(diào)峰特性[2]。對風電功率進行控制時，需要確定風電有功功率的補償大小，從而平滑風電的出力。對風電有功功率控制時，需要根據(jù)風電的前一周期的出力大小，來調(diào)節(jié)風電下一周期的出力水平，保證風電的出力符合相關(guān)要求。此外，風力發(fā)電是將風的動能轉(zhuǎn)化為機械能，之后再通過風電發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能，風電的出力模型可以采用分段線性模型表示。
3風電的功率控制系統(tǒng)
3.1風電功率控制需要考慮的因素
對風電功率進行控制，需要考慮到系統(tǒng)的實際情況，一是系統(tǒng)調(diào)峰能力。調(diào)峰是指通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的出力以滿足負荷的需求。因間歇式能源出力具有間歇性、波動性，當其出力不能滿足負荷需求時，需要通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常規(guī)機組的出力以滿足系統(tǒng)負荷的需求。一般以抽水蓄能發(fā)電機組的調(diào)峰能力最強，水電機組其次，火電機組最差。二是備用容量，為了應(yīng)對風電出力的波動性，系統(tǒng)必須設(shè)置一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，以應(yīng)對風電出力的不確定性，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和系統(tǒng)功率實時平衡。風電出力的波動性越大，對備用容量的需求也越大，備用容量的設(shè)置需要考慮風電出力的預(yù)測誤差及負荷的預(yù)測誤差。三是風電出力特性，風電的出力特性如果能與負荷特性相匹配，風電出力波動的幅度越小，頻率越低，則對系統(tǒng)造成的影響越小[3]。四是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)情況會對風電的功率控制產(chǎn)生一定的影響，如線路潮流約束、節(jié)點電壓約束等。其它影響風電功率控制的因素包括風電機組的技術(shù)性能、系統(tǒng)的調(diào)度運行水平等，這些影響因素也會對風電的功率控制產(chǎn)生一定的影響。
3.2風電功率控制的基本原理
風電功率控制需要考慮到風電的實時出力情況和系統(tǒng)的運行情況等，綜合判斷風電功率的控制策略，降低風電并網(wǎng)后對系統(tǒng)造成的影響。對風電機組下發(fā)實時的功率控制策略時，也應(yīng)盡可能地提高風電的利用效率，降低系統(tǒng)的棄風率，同時使得風電的出力曲線不會出現(xiàn)較大的波動。在風電功率控制模型中，應(yīng)考慮到系統(tǒng)中的源網(wǎng)荷等實際情況。“源”主要是指系統(tǒng)的調(diào)峰能力和可投切的風電電源?！熬W(wǎng)”可包括區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線，在風電消納困難時可通過聯(lián)絡(luò)線將本地風電傳送到區(qū)域電網(wǎng)外協(xié)調(diào)消納。在風電大發(fā)時，還可通過對網(wǎng)絡(luò)進行切改將風電功率傳輸?shù)狡渌€路?！昂伞眰?cè)重于根據(jù)風電的出力情況對系統(tǒng)中的可控負荷實施需求側(cè)管理。通過將上述系統(tǒng)運行情況反映在風電的功率控制模型中，可以使得風電的功率控制具有更好的效果，滿足風電并網(wǎng)的要求。
4結(jié)語
本文系統(tǒng)分析了風電功率控制的方法，通過這種方法能夠解決傳統(tǒng)風電功率控制系統(tǒng)中存在的不足之處。在實際對風電功率進行控制的過程中，應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)中的源網(wǎng)荷等實際情況，提高風電并網(wǎng)后系統(tǒng)運行的安全性。
【參考文獻】
[1]馬騫,蘇寅生,黃河.基于功率極限在線辨識的風電功率控制模型[J].可再生能源,2019(3):65-66.
[2]邵昊舒,王磊,蔡旭.提高雙饋風電機組LVRT能力的改進直接功率控制[J].電力自動化設(shè)備,2019(7):15-22.
[3]董華莉.風電場無功功率控制算法及應(yīng)用[J].技術(shù)與市場,2019(12):18-20.
作者：陳云 單位：南大傲拓科技江蘇股份有限公司
