摘要：因为风电间歇性、波动性及随机性等特性，使网格不单单只是一个简单的风电网规划问题，也反映出了对电网系统峰值和频率调制的需求。本文针对风电随机性的特点，进行电网规划确定调节机组配置。在此基础上，有效结合电网规划和调节机组选址等问题，建立针对风电并网的电网协调规划模型。并采取IEEE-RTS测试系统验证提出的电网协调规划模型有效性。
关键词：风电并网；电网规划；协调规划；调节机组
近年来，由于化石燃料的稀缺、风力发电技术不断进步以及政策的激励使得风电装机容量大幅增加。虽然风能是取之不尽用之不竭的环保型能源，但是其也具有波动性、间歇性的特点，这给电网系统调节规划带来了额外的困难。目前有关风电 接入电网规划的研究成果很多，在研究各类低碳要素对传统电网规划模式的影响和作用的基础上，分析了在不同的低碳要素场景下低碳电网规划的关键技术。综合考虑了风电接入后电网后的经济性和可靠性，以成本效益最大化作为规划目标进行电网规划。
1、风电接入对电网的影响
1.1风电接入造成电网的电能质量和电压偏差问题
风电接入电网后，引起供电系统电压偏差的主要原因是：风电发电机主要是靠风力进行发电的，而风力是一个随时变化的动力，其电力系统所产生的电能也会发生变化，所以风电供电系统存在不平衡。这就产生了功率在系统中的流动，当通过具有阻抗设备时就会导致电压下降，这也就是引起电压偏差的主要原因。通过对数据的研究分析表明，当风电接入装机容量变大时，接入点的电压闪变值会逐渐变大。这种因为风电自身的特点引起的电压波动一般都是比较大的，会给电压的调整带来新的挑战。
1.2对电网继电保护的影响
因为风电接入对配电网之前的继电保护规划造成了破坏，这就会导致在接入之后可能需要重新界定各项指标。而且风电接入对于不同配置（布置方式和容量）的配电网的影响也各不相同。一般都会引起之前路线的保护阈值发生变化，进而影响保护范围。配电网从传统的单端变为多侧电源线路之后互相干扰，使保护方向性失效。
1.3对电网运行方式的影响
一般情况下电网的电源和负载都是按一定情况合理分布的，但是在风电并网后会对原来的平衡状态造成直接影响，影响潮 流，这就要求电网的运行要具备一定的、接受风电接入后的抗冲击能力。随着我国进一步加大对风电的建设力度，风电的数量和规模也越来越大，这就造成在接入电网时对电网的冲击力越来越大，进而也就会对电网的运行方式、设备维护造成新的影响。
1.4对地区电网整体规划的影响
输电系统规划简称为电网规划是指在充分考虑所有因素，满足所有技术指标的前提下，在确定的时间和地点建立一定规模的输电线路，并要满足所需要的电能消耗，且保证系统的能耗最小，由此可知，准确合理地确定电源是做好电网规划的前提。
2、场景选取和区间数方法
风电并网后，需要考虑风电和负荷的不确定性。风速分布可预测性差，需要大量的场景及其概率来模拟这种波动性和随机性。大多研究基于随机模拟方法将产生的大量样本，这样会造成计算量很大；而区间数法利用随机变量置信区间的上下限 来表示不确定性范围，从而显著减小场景数目。对于电力系统长期规划问题来说，无法得到规划期内非常精确的概率模型，虽然区间数法不能涵盖各种风电出力不确定性场景，但是采用区间数优化方法研究大规模电力系统长期规划问题，可以更好地实现模型计算效率和精度之间的平衡。本文将风电的输出为负的负荷作为考虑，分别把风电负荷最小且出力最大和风电负荷最大且出力最小作为区间的边界。净负荷最大或最小时，也是系统功率的平衡约束最严苛的时候。
3、风电接入的电源电网协调规划模型
3.1调节机组的配置方法
（1）调节机组配置方法：在规划层面上必须先满足最大负载约束，然后再考虑最小负载，注意到如果峰谷差异太大，可能 会出现同时满足最大和最小出力限制的情况。在实际的计算中，如最大输出没限制作用，可以试着减少开机台数，以满足最小输出约束。如果仍然是不可行的，只有考虑改善负载特征来解决这个问题。
（2）爬坡的能力要求：系统的调峰能力通常会受限于发电机组的爬坡能力，经过风电出力进行修正过后的系统负荷增减速率必须处于发电机组的爬坡能力限制范围以内。
（3）调节机组类型的选择：调整机组配置电源可能是能量存储单元、燃气轮机机组、抽水蓄能机组、水电和火电机组等。目前电池储能技术尚不成熟、电池容量小、成本高，不能满足当前国内风电装机容量的要求。火电机组环保压力很大，其技术成熟，灵活性强，受限小，但是其调节速度有限。燃气调节跟踪负荷变化速率比火电机组好，也不会受水源的限制。水轮机输出调整范围大，具有高速、低成本、污染小的优势，在区域自然条件允许下，抽水蓄能是常用的功率调节方式。不一样的调节设置其特点也各不一样，根据系统调节能力的具体要求和条件选择合适的调节机组参与调节风电系统。
3.2电网协调规划模型
在确定调节机组类型和容量之后，有效结合选址问题新建电网线路，进而进行协调规划，获得最优结果，将同时给出电网最合适的新建线路的综合信息以及调节机组最好的接入地点。在电网协调规划，优化目标最小化成本，约束条件为线路负荷裕度和风能利用比率。
电网协调规划模型中，考虑由运行维护成本和建设成本两个部分组成其成本，风能随机性得以体现。建设成本包括线路建设成本和调节机组建设成本，建设成本正比于其容量，所以不必出现在规划的目标函数中，但其选址和容量通过潮流约束会影响线路规划。维护成本可以设置为百分比的建造成本，作为固定成本的一部分，如设成5%。
3.3本文方法计算
首先考虑风力发电和负荷曲线，分析现有的电网负荷调节能力是否充足，如果有足够多的则进行常规计算，如果不够就计算调节机组容量，根据电网规划的线路定位调节电源的位置。
4、算例测试
4.1测试系统基本情况
该系统原来是一个24节点系统，新增的节点25作为风电节点，修改后的系统中一共包括有17个负荷节点、10个发电节点、5组变压器、38回输电线路，其中火电机组每天只可启停一次。
4.2调节机组的配置
根据某系统四季中的4个典型日24小时负荷数据绘制该系统的负荷曲线；根据系统的风电出力数据绘制系统四季中4个典型日的风电出力曲线，风电机组容量可选择为240MW，320MW，480MW。
本文基于历史数据，选择典型的一天数据，画出系统负载曲线和风力发电输出曲线。因为负荷需求和风电出力的随机性，典型日的数据并不一定能完全代表整个情况，导致配置调节机组无法完全满足风力发电输出的需求，从而无法避免弃风现象；但从另一个角度来看，选择典型日本身反映了大多数的情况，在现实中可以通过削减负荷或是弃风来处理，这是符合经济效益的做法。
4.3调节机组选址对电网规划的影响
因为线路单位长度建设成本是相同的，所以电网建设成本和网线长度成正比。当调节机组处在节点9的时候，电网建设规划的成本最低，因此，该电网规划计划综合最优。以此可见，电源和电网的协调规划有其现实意义的。
4.4电源电网协调规划
调节机组的相关参数在确定后，能够根据电网规划模型来解决线路建设和调节机组选址的综合最优的方案。在这本文算例中，单位长度线路的建设成本是相同的，所以线路的长度在一定程度上代表为建设成本，为其优化目标。
5、结束语
综上所述，把由于风电功率波动和负荷带来的不确定性问题转化成确定性问题。建立考虑风电、电源电网协调规划数学模型，从中得以发现，电源规划与电网规划是密不可分的整体，不能忽视两者之间的统一性。
参考文献：
[1]孙巍.风电接入对电网的影响及对策研究[D].山东大学2011
[2]高赐威吴天婴何叶.考虑风电接入的电源电网协调规划[J].电力系统自动化，2012.