徐志亭，田茂
中国绿发CGDG鲁能新能源（集团）有限公司内蒙古分公司 内蒙古呼和浩特 010000
摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。能源是国民经济发展的基础支撑和重要动力，日益严峻的能源形势及恶化的生态环境使大部分国家都把发展利用可持续的清洁能源作为未来的能源战略，其中，风能以资源丰富、无地域界限、绿色环保等独特优点成为人们关注的热点。但由于风电出力的随机性、波定性和不确定性，随着风电在电源结构中的比例不断增大，对电力系统的运行影响越来越严重，为了保证安全运行，进行了多方面的研究。由于区域内的高铁负载，负载的存在不确定性，卫星基地对电能的高质量要求，为了保证间歇性电源接入对区域电网的有效和安全运行，本文就风电接入区域电网的静态稳定再考虑探讨。
关键词：风电；电压分析；静态安全；稳定
引言
风力发电是目前可再生能源中发展最快的一种发电方式，但风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性，给系统的电能质量和稳定性等造成影响。当风电场的容量较小时，这些特性对电力系统的影响还不显著，但随着风电场规模和容量的扩大，就将影响电力系统的正常运行。
1区域电网动态等值模型
电网模型转换应遵循的基本原则是：同一网络在两种仿真软件下的拓扑结构描述应该完全一致，同一工况下的仿真曲线应该都是对网络如实的反映，即仿真曲线所体现出来的网络运行状态以及发展趋势是基本相同的。先利用BPA软件对大电网进行等值收缩，然后根据所获得的网架数据，在PSCAD中建立相应的电网模型，最后再利用两种软件对等值电网进行短路电流校对核查，以验证等值电网模型的准确性。
2枯水期风电场接入电网分析
（1）潮流和电压分析。通过电力系统仿真软件DIgSILENT，风力发电进行系统仿真，图1为风电场的出力增加过程中，局部电网相关节点电压、线路及风电场自身相关变量变化曲线。由图1可知，在枯水期，风电场的出力在增加的过程中，接入220kV以及与其相关联的其他110kV的母线电压都呈现升高趋势。各相关母线电压的最大变化幅度分别为：0.001、0.0013、0.0012、0.0013（p.u）。由此可知，风电场的接入对电网电压的影响非常小，均在电网电压合适的范围内，风电接入后，各节点电压均不会超出电压偏差范围内。（2）N-1静态安全分析。由图1(c)可知风电场的接入不会导致月周一、二线和周银一、二线等相关线路或者周家堡主变压器出现N-1静态安全问题。
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图1
3区域电网风电分布式接入容量优化配置
风电消纳能力受诸多因素影响，在此主要以电网调峰能力作为关键制约因素。在风资源丰富地区，弃风一般发生在大风时期，弃风电量大小与地区内风电装机容量有直接关系，在此以减少风电的总弃风量为目标，对分布式风电按区域电网的地域块划分，通过分析两地域块装机容量、装机比例与弃风量的关系，进而实现一定装机容量下的配置优化。根据风速数据选取分析时间长度t（t≤数据记录时间长度）和间隔周期T（T≥数据采样点间隔），N=t/T为数据采样点个数，设装机容量为X，比例为K，则弃风比例为总弃风量与总风力发电量比值，如式（1）所示：
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式中：PWsi、PWti分别为第i采样时刻的风力弃风电量和理论发电量。PWti为两地域块风力理论发电量PWt1i与PWt2i之和，可根据各自风力由式（1）获取。PWsi由式（2）确定：
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在第i采样时刻，系统负荷PLi为定值；常规火电机组出力PGi受机组容量PGN、最小出力率kGpMin和最大爬坡率kGsMax约束，如式（3）所示：
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式中：PG(i-1)为第i-1采样时刻火电机组出力。该问题可采用遗传算法求解，在装机容量X一定条件下，F(X，Kj)为个体的适应度值，其最小值对应种群为最优解。
4丰水期风格场接入电网分析
（1）潮流和电压分析。图2为丰水期，在风电场的出力增加过程中局部电网相关节点电压、线路及风电场自身相关变量变化曲线。由2图可知，在丰水期，风电场的出力在增加的过程中，接入点周家堡220kV以及与其相关联的周家堡110kV、银鹿110kV和中屯110kV的母线电压都呈现升高趋势。各相关母线电压的最大变化幅度分别为：0.00082、0.00104、0.00105、0.00104（p.u）。由此可知，风电场的接入对电网电压的影响非常小，均在电网电压合适的范围内。风电接入后各节点电压均不会超出电压偏差范围内。同时，随着风电场的出力增加，周家堡变电站的向电网输送的负荷逐渐增加，月周一、二线输送的功率逐渐增加。与枯水期相比，虽然线路负荷有所增加，但输送功率值均在80MW以内，不会出现变压器或线路过载现象。（2）N-1静态安全分析。由图2（c）可知风电场的接入不会导致月周一、二线和周银一、二线等相关线路或者周家堡主变压器出现N-1静态安全问题。
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图 2
5新能源接入电网的解决办法及其影响
新能源是指除常规能源外正在开发的能源，如风能、核能、水能、太阳能、生物能和海洋能等。因新能源种类繁多，其技术难度及认识深度各有不同，其发展应用的程度同样也各有同，目前在世界范围内已经规模化应用的新能源技术主要是水能、风能和核能三大类。特别是核电和大水电两种能源技术，都在相对较短一段时间内取得了重要的份额，核电目前占全球电力的16%,而大水电则为19%，风电作为一项刚刚商业化的产业，也紧跟核电与水电的发展轨迹，所占的份额正逐步增大。这些新能源产生的电能，若不和电力系统并列运行，就很难得到充分利用。但其与传统电力生产模式的不同，造成了其在接入电网时面临大量的技术问题。如何很好的解决这些问题，直接关系到我国的新能源战略能否顺利的实施。
结语
本文分别对枯水期和丰水期两种不同的潮流负荷下，对风电接入区域电网后潮流和无功电压分析以及静态安全分析，并分析了新能源接入电网的解决办法及其影响，主要得出以下结论：（1）在两种潮流负荷模式下，各个风电场以及光伏电站的接入对局部电压影响很小，电网电压均满足电压偏差要求。风电的出力在一定程度上可以就地消纳，在一定程度上可减小线路负载，有利于优化电网潮流。（2）区域电网部分线路N-1时可能造成部分线路负载增加，但线路潮流在安全运行范围内；母线电压也可能受到影响，从而升高或者降低，由于无功补偿装置的作用，电压可以维持在合格范围内。
参考文献
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