風電站中功率控制系統的應用

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[摘要]近年來新能源在電力系統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，風電并網后對系統會帶來較大的沖擊。在風電站中裝設功率控制系統具有必要性，可以保證風電并網后的系統穩定運行。本文詳細分析了風電的出力特性，并對功率控制系統在風電站中的應用進行了闡述。

[關鍵詞]功率；控制系統；風電站；應用

目前風電在電力系統中已經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。常規的火電機組具有一定的功率調節能力，但當風電的并網規模較大時，則難以滿足系統的調峰需求，需要對風電機組裝設必要的功率控制系統，降低風電出力的波動幅度。現有的風電功率控制系統存在著一定的調節速度慢的特點，可以對風電功率控制系統加以改進，提高風電的消納電量和利用效率，保證風電并網后的經濟性。

1風電發展的背景

能源是人類社會賴以生存發展的資源之一。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展競爭中將發揮日益重要的作用，紛紛加入到開發利用新能源的行列中。風光等新能源的出現可以有效降低對傳統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境污染小和可持續發展等優勢，在未來社會的能源結構中將占有重要地位。目前已經投入使用的新能源包括風電、太陽能、地熱、潮汐能及生物質能等，近年來新能源的裝機容量不斷擴大，應用領域也逐步擴寬。其中風電是到目前為止技術較為成熟、資源較為豐富的可再生能源之一，具有較好的應用前景。我國風電的發展路線是以集中大規模接入為主、分布式接入為輔，并將建設多個風電能源基地[1]，但是大規模風電接入電網后給電網的運行帶來了挑戰，也會帶來風電功率控制困難的問題，還會引起電網的安全穩定問題。此外，大規模風電并網還會對系統潮流和網損、電壓水平、系統頻率、輸電能力、繼電保護、系統可靠性以及常規機組的出力調節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，需要根據風電的前一周期的出力大小，來調節風電下一周期的出力水平，保證風電的出力符合相關要求。此外，風力發電是將風的動能轉化為機械能，之后再通過風電發電機組轉化為電能，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

3.1風電功率控制需要考慮的因素

對風電功率進行控制，需要考慮到系統的實際情況，一是系統調峰能力。調峰是指通過調節發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，需要通過調節系統中常規機組的出力以滿足系統負荷的需求。一般以抽水蓄能發電機組的調峰能力最強，水電機組其次，火電機組最差。二是備用容量，為了應對風電出力的波動性，系統必須設置一定的旋轉備用容量，以應對風電出力的不確定性，保證系統的安全穩定運行和系統功率實時平衡。風電出力的波動性越大，對備用容量的需求也越大，備用容量的設置需要考慮風電出力的預測誤差及負荷的預測誤差。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，則對系統造成的影響越小[3]。四是網絡結構，系統的網絡情況會對風電的功率控制產生一定的影響，如線路潮流約束、節點電壓約束等。其它影響風電功率控制的因素包括風電機組的技術性能、系統的調度運行水平等，這些影響因素也會對風電的功率控制產生一定的影響。

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，降低風電并網后對系統造成的影響。對風電機組下發實時的功率控制策略時，也應盡可能地提高風電的利用效率，降低系統的棄風率，同時使得風電的出力曲線不會出現較大的波動。在風電功率控制模型中，應考慮到系統中的源網荷等實際情況。“源”主要是指系統的調峰能力和可投切的風電電源。“網”可包括區域間的聯絡線，在風電消納困難時可通過聯絡線將本地風電傳送到區域電網外協調消納。在風電大發時，還可通過對網絡進行切改將風電功率傳輸到其他線路。“荷”側重于根據風電的出力情況對系統中的可控負荷實施需求側管理。通過將上述系統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，滿足風電并網的要求。

4結語

本文系統分析了風電功率控制的方法，通過這種方法能夠解決傳統風電功率控制系統中存在的不足之處。在實際對風電功率進行控制的過程中，應充分考慮到系統中的源網荷等實際情況，提高風電并網后系統運行的安全性。

【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].電力自動化設備,2019(7):15-22.

[3]董華莉.風電場無功功率控制算法及應用[J].技術與市場,2019(12):18-20.

作者：陳云 單位：南大傲拓科技江蘇股份有限公司