風(fēng)電站中功率控制系統(tǒng)的應(yīng)用

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[摘要]近年來(lái)新能源在電力系統(tǒng)中的裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，其中風(fēng)電是重要的可再生能源形式之一。風(fēng)電出力具有較大的間歇性，出力隨風(fēng)速的變化而變化，風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)較大的沖擊。在風(fēng)電站中裝設(shè)功率控制系統(tǒng)具有必要性，可以保證風(fēng)電并網(wǎng)后的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本文詳細(xì)分析了風(fēng)電的出力特性，并對(duì)功率控制系統(tǒng)在風(fēng)電站中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

[關(guān)鍵詞]功率；控制系統(tǒng)；風(fēng)電站；應(yīng)用

目前風(fēng)電在電力系統(tǒng)中已經(jīng)具有較高的電量占比，但風(fēng)電出力具有較強(qiáng)的間歇性和波動(dòng)性。常規(guī)的火電機(jī)組具有一定的功率調(diào)節(jié)能力，但當(dāng)風(fēng)電的并網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)，則難以滿足系統(tǒng)的調(diào)峰需求，需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組裝設(shè)必要的功率控制系統(tǒng)，降低風(fēng)電出力的波動(dòng)幅度?，F(xiàn)有的風(fēng)電功率控制系統(tǒng)存在著一定的調(diào)節(jié)速度慢的特點(diǎn)，可以對(duì)風(fēng)電功率控制系統(tǒng)加以改進(jìn)，提高風(fēng)電的消納電量和利用效率，保證風(fēng)電并網(wǎng)后的經(jīng)濟(jì)性。

1風(fēng)電發(fā)展的背景

能源是人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的資源之一。由于全球能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，各國(guó)都意識(shí)到能源在未來(lái)的發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)中將發(fā)揮日益重要的作用，紛紛加入到開(kāi)發(fā)利用新能源的行列中。風(fēng)光等新能源的出現(xiàn)可以有效降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源的過(guò)分依賴，緩解當(dāng)前的能源緊張形勢(shì)，而且新能源具有對(duì)環(huán)境污染小和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)社會(huì)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(fēng)電、太陽(yáng)能、地?zé)?、潮汐能及生物質(zhì)能等，近年來(lái)新能源的裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，應(yīng)用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)寬。其中風(fēng)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(guó)風(fēng)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(gè)風(fēng)電能源基地[1]，但是大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)，也會(huì)帶來(lái)風(fēng)電功率控制困難的問(wèn)題，還會(huì)引起電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題。此外，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)還會(huì)對(duì)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(hù)、系統(tǒng)可靠性以及常規(guī)機(jī)組的出力調(diào)節(jié)等方面帶來(lái)一定的影響。

2風(fēng)電的出力特性

風(fēng)電出力與風(fēng)力大小具有直接的關(guān)系，一般而言，當(dāng)夜間風(fēng)力較大時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的出力也較大。在白天的時(shí)段，風(fēng)電出力一般較小，具有較為明顯的反調(diào)峰特性[2]。對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行控制時(shí)，需要確定風(fēng)電有功功率的補(bǔ)償大小，從而平滑風(fēng)電的出力。對(duì)風(fēng)電有功功率控制時(shí)，需要根據(jù)風(fēng)電的前一周期的出力大小，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)電下一周期的出力水平，保證風(fēng)電的出力符合相關(guān)要求。此外，風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，之后再通過(guò)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)電的出力模型可以采用分段線性模型表示。

3風(fēng)電的功率控制系統(tǒng)

3.1風(fēng)電功率控制需要考慮的因素

對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行控制，需要考慮到系統(tǒng)的實(shí)際情況，一是系統(tǒng)調(diào)峰能力。調(diào)峰是指通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出力以滿足負(fù)荷的需求。因間歇式能源出力具有間歇性、波動(dòng)性，當(dāng)其出力不能滿足負(fù)荷需求時(shí)，需要通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常規(guī)機(jī)組的出力以滿足系統(tǒng)負(fù)荷的需求。一般以抽水蓄能發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰能力最強(qiáng)，水電機(jī)組其次，火電機(jī)組最差。二是備用容量，為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的波動(dòng)性，系統(tǒng)必須設(shè)置一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，以應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)功率實(shí)時(shí)平衡。風(fēng)電出力的波動(dòng)性越大，對(duì)備用容量的需求也越大，備用容量的設(shè)置需要考慮風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)誤差及負(fù)荷的預(yù)測(cè)誤差。三是風(fēng)電出力特性，風(fēng)電的出力特性如果能與負(fù)荷特性相匹配，風(fēng)電出力波動(dòng)的幅度越小，頻率越低，則對(duì)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(huì)對(duì)風(fēng)電的功率控制產(chǎn)生一定的影響，如線路潮流約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束等。其它影響風(fēng)電功率控制的因素包括風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)性能、系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行水平等，這些影響因素也會(huì)對(duì)風(fēng)電的功率控制產(chǎn)生一定的影響。

3.2風(fēng)電功率控制的基本原理

風(fēng)電功率控制需要考慮到風(fēng)電的實(shí)時(shí)出力情況和系統(tǒng)的運(yùn)行情況等，綜合判斷風(fēng)電功率的控制策略，降低風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)造成的影響。對(duì)風(fēng)電機(jī)組下發(fā)實(shí)時(shí)的功率控制策略時(shí)，也應(yīng)盡可能地提高風(fēng)電的利用效率，降低系統(tǒng)的棄風(fēng)率，同時(shí)使得風(fēng)電的出力曲線不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。在風(fēng)電功率控制模型中，應(yīng)考慮到系統(tǒng)中的源網(wǎng)荷等實(shí)際情況?！霸础敝饕侵赶到y(tǒng)的調(diào)峰能力和可投切的風(fēng)電電源。“網(wǎng)”可包括區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線，在風(fēng)電消納困難時(shí)可通過(guò)聯(lián)絡(luò)線將本地風(fēng)電傳送到區(qū)域電網(wǎng)外協(xié)調(diào)消納。在風(fēng)電大發(fā)時(shí)，還可通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切改將風(fēng)電功率傳輸?shù)狡渌€路?！昂伞眰?cè)重于根據(jù)風(fēng)電的出力情況對(duì)系統(tǒng)中的可控負(fù)荷實(shí)施需求側(cè)管理。通過(guò)將上述系統(tǒng)運(yùn)行情況反映在風(fēng)電的功率控制模型中，可以使得風(fēng)電的功率控制具有更好的效果，滿足風(fēng)電并網(wǎng)的要求。

4結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)分析了風(fēng)電功率控制的方法，通過(guò)這種方法能夠解決傳統(tǒng)風(fēng)電功率控制系統(tǒng)中存在的不足之處。在實(shí)際對(duì)風(fēng)電功率進(jìn)行控制的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)中的源網(wǎng)荷等實(shí)際情況，提高風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]邵昊舒,王磊,蔡旭.提高雙饋風(fēng)電機(jī)組LVRT能力的改進(jìn)直接功率控制[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2019(7):15-22.

[3]董華莉.風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率控制算法及應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng),2019(12):18-20.

作者：陳云 單位：南大傲拓科技江蘇股份有限公司