李计文
国网山西省电力公司忻州供电公司 034000
摘要：风力发电受风速影响，具有明显的随机性、间歇性和不可控性，大规模风电并网给电力系统的运行与稳定带来很多负面影响，由于系统运行风险受到的关注度越来越高，针对以往电力系统运行风险评估较少。从规划角度考虑风电接入后系统运行风险的情况，从运行风险的角度对风电接入后系统运行的灵活性进行评估，同时分析大规模风电并网给电力系统运行带来的稳定性影响。
关键词：大规模风电并网；电力系统灵活性；运行风险评估分析
1.电力系统灵活性
电力系统灵活性（Power System Flexibility）—词早在2005年便已有学者提出，其定义为输电系统在一定的成本下，快速适应发电变化的能力，主要针对发电规划中面临的不确定性。后来广泛讨论的电力系统灵活性在内涵上与之有相似之处，但在外延上已有较大差别。随着风电等的大规模并网，电力系统响应能力问题日渐成为关注的焦点。
2.考虑风电接入的电力系统运行灵活性评估模型
2.1风电不确定性的处理方法
本文采用风功率历史预测误差作为误差的经验分布，而风功率预测场景曲线的生成方法为：针对给定的风功率预测序列，根据历史误差分布进行抽样，得到初始时的预测误差。然后根据预测误差差分序列的概率分布函数，通过抽样得到相邻时刻的预测误差差分序列，累加得到各时刻的预测误差序列，再加上预测曲线即可得到风功率预测场景曲线。
2.2电力系统运行灵活性评估模型
系统灵活性分析如图1所示，场景1表示下一时刻的净负荷曲线超过常规机组的出力上限，系统的上调灵活性资源不足；场景3表示下一时刻的净负荷曲线低于常规机组的出力下限，系统的下调灵活性资源不足；场景2代表系统的灵活性充足。
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3.运行风险评估指标
为更为全面地评估风电接入对电力系统运行的影响，采用切负荷风险指标、电压越限风险指标、线路有功功率越限风险指标、电压崩溃风险指标和综合风险指标表征系统运行风险。
3.1切负荷风险
切负荷风险指标表示系统在某种运行条件下发生切负荷的风险大小。风险数值越小，系统运行越可靠。根据风险数值大小判断切负荷风险所处的级别，当风险数值处于高风险水平时，说明此状态是不可接受的，该运行条件不可取。
3.2电压越限风险
电压越限风险指标表示系统在某运行条件下发生电压越上限或电压越下限的风险大小。同样，根据风险数值大小判断电压越限风险的级别，以确定此运行条件是否可行。
3.3线路有功功率越限风险
相似地，线路有功功率越限风险指标表示系统在某运行条件下线路有功功率超过允许的最大有功功率的风险大小。
3.4电压崩溃风险指标
电压崩溃风险指标表示系统在某运行条件下发生电压崩溃的风险大小。由风险数值大小评估电压崩溃风险的级别，再评判该运行条件是否可行。
3.5综合风险指标
本文引入了综合风险评估指标，加权考虑上述4 种风险指标，如公式（1）所示。
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在风险评估的过程中，通过抽样得到系统状态，计算出风险指标，可以评估系统运行存在的风险，具体评估流程如 图2所示。
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图2 计及风电随机特性的电力系统运行风险评估流程
4.风电不确定性与负荷不确定性的差异分析
为了验证风电不确定性与负荷不确定性的差异，设计了两个计算实例，比较了负荷不确定性与风电不确定性对灵活性指标影响的差异性。
案例一：系统无风电场接入，考虑到负荷预测误差为5%，预测误差容量标准差为296MW，设置最小备用容量比例为15%。
案例二：考虑风电场接入，接入率为24.9%，不考虑负荷预测误差，风电场预测误差标准差设置为296MW，相应预测误差百分比为17.8%，设置最小备用容量比例为15%。
案例一中系统未出现灵活性不足的场景；案例二灵活性不足概率不为0，需设置58.9 MW的灵活上调容量，这证明了风电与负荷的不确定性对系统灵活性有不同的影响原理。在风电接入前，只需考虑单时间断面的备用是否足够，系统将不会出现灵活性不足的问题；风电接入后，有必要考虑风功率预测误差的多时间尺度相关性对灵活性指标的影响。
5.大规模风电并网对电力系统稳定性的影响及改善措施
5.1对电力系统运行稳定性的影响
当大型风电场接入电网时，风电场对无功功率的需求是导致电网电压稳定性下降的主要原因。研究表明，一方面，风电场的有功功率输出增加了负荷特性限制功率，提高了静态电压稳定性。另一方面，风电场的无功功率需求降低了负载特性的限制功率并降低了静态电压稳定性。目前，风力发电机组通常使用异步发电机，并需要外部系统提供无功功率。变速恒频风电系统需要在向电网注入电力的同时从电网吸收大量的无功功率。风电场的无功功率仍然可以被视为一个正的无功负荷。因此，当风电场容量大而没有时，当功率控制能力不足时，电压的稳定性容易受到影响，并且当电力严重时可能导致电压崩溃。
风电场的整合改变了配电网的潮流分布和配电网的布局，这在现有电网的规划和设计中没有考虑到。因此，随着风电输入功率的增加，风电场附近局部电网电压和联络线功率将超过安全工作范围，影响系统的稳定性。
5.2改善措施
传统的快速电容器组合可以对风电场进行无功补偿，提高系统电压的稳定性。然而，这组开关电容器不能实现连续的电压调节，开关次数有限，且操作有一定的延迟。因此，风速快速变化引起的电压波动是无能为力的。
静止无功补偿器（SVC）可以快速平稳地调整无功补偿电源的大小，提供动态电压支持，并提高系统的运行性能。SVC 安装在风电场出口处，根据风电场接入点的电压偏差控制SVC 补偿无功功率，从而稳定风电场节点的电压，并且可以降低电网电压的风电波动。
结语
风电场的大规模建设，给电网规划和运行都带来了巨大挑战，需要电力系统研究机构与电网运行部门密切合作，深入研究，对大规模风电接入对电力系统运行带来的风险进行有效评估，高度重视大规模风电并网问题，提出合理有效的技术方案，以确保大规模风电并网后电力系统运行的安全性与稳定性。
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