风电站中功率控制系统的应用

[摘要]近年来新能源在电力系统中的装机容量不断扩大，其中风电是重要的可再生能源形式之一。风电出力具有较大的间歇性，出力随风速的变化而变化，风电并网后对系统会带来较大的冲击。在风电站中装设功率控制系统具有必要性，可以保证风电并网后的系统稳定运行。本文详细分析了风电的出力特性，并对功率控制系统在风电站中的应用进行了阐述。

[关键词]功率；控制系统；风电站；应用

目前风电在电力系统中已经具有较高的电量占比，但风电出力具有较强的间歇性和波动性。常规的火电机组具有一定的功率调节能力，但当风电的并网规模较大时，则难以满足系统的调峰需求，需要对风电机组装设必要的功率控制系统，降低风电出力的波动幅度。现有的风电功率控制系统存在着一定的调节速度慢的特点，可以对风电功率控制系统加以改进，提高风电的消纳电量和利用效率，保证风电并网后的经济性。

1风电发展的背景

能源是人类社会赖以生存发展的资源之一。由于全球能源形势日益严峻，各国都意识到能源在未来的发展竞争中将发挥日益重要的作用，纷纷加入到开发利用新能源的行列中。风光等新能源的出现可以有效降低对传统化石能源的过分依赖，缓解当前的能源紧张形势，而且新能源具有对环境污染小和可持续发展等优势，在未来社会的能源结构中将占有重要地位。目前已经投入使用的新能源包括风电、太阳能、地热、潮汐能及生物质能等，近年来新能源的装机容量不断扩大，应用领域也逐步扩宽。其中风电是到目前为止技术较为成熟、资源较为丰富的可再生能源之一，具有较好的应用前景。我国风电的发展路线是以集中大规模接入为主、分布式接入为辅，并将建设多个风电能源基地[1]，但是大规模风电接入电网后给电网的运行带来了挑战，也会带来风电功率控制困难的问题，还会引起电网的安全稳定问题。此外，大规模风电并网还会对系统潮流和网损、电压水平、系统频率、输电能力、继电保护、系统可靠性以及常规机组的出力调节等方面带来一定的影响。

2风电的出力特性

风电出力与风力大小具有直接的关系，一般而言，当夜间风力较大时，风电机组的出力也较大。在白天的时段，风电出力一般较小，具有较为明显的反调峰特性[2]。对风电功率进行控制时，需要确定风电有功功率的补偿大小，从而平滑风电的出力。对风电有功功率控制时，需要根据风电的前一周期的出力大小，来调节风电下一周期的出力水平，保证风电的出力符合相关要求。此外，风力发电是将风的动能转化为机械能，之后再通过风电发电机组转化为电能，风电的出力模型可以采用分段线性模型表示。

3风电的功率控制系统

3.1风电功率控制需要考虑的因素

对风电功率进行控制，需要考虑到系统的实际情况，一是系统调峰能力。调峰是指通过调节发电机的出力以满足负荷的需求。因间歇式能源出力具有间歇性、波动性，当其出力不能满足负荷需求时，需要通过调节系统中常规机组的出力以满足系统负荷的需求。一般以抽水蓄能发电机组的调峰能力最强，水电机组其次，火电机组最差。二是备用容量，为了应对风电出力的波动性，系统必须设置一定的旋转备用容量，以应对风电出力的不确定性，保证系统的安全稳定运行和系统功率实时平衡。风电出力的波动性越大，对备用容量的需求也越大，备用容量的设置需要考虑风电出力的预测误差及负荷的预测误差。三是风电出力特性，风电的出力特性如果能与负荷特性相匹配，风电出力波动的幅度越小，频率越低，则对系统造成的影响越小[3]。四是网络结构，系统的网络情况会对风电的功率控制产生一定的影响，如线路潮流约束、节点电压约束等。其它影响风电功率控制的因素包括风电机组的技术性能、系统的调度运行水平等，这些影响因素也会对风电的功率控制产生一定的影响。

3.2风电功率控制的基本原理

风电功率控制需要考虑到风电的实时出力情况和系统的运行情况等，综合判断风电功率的控制策略，降低风电并网后对系统造成的影响。对风电机组下发实时的功率控制策略时，也应尽可能地提高风电的利用效率，降低系统的弃风率，同时使得风电的出力曲线不会出现较大的波动。在风电功率控制模型中，应考虑到系统中的源网荷等实际情况。“源”主要是指系统的调峰能力和可投切的风电电源。“网”可包括区域间的联络线，在风电消纳困难时可通过联络线将本地风电传送到区域电网外协调消纳。在风电大发时，还可通过对网络进行切改将风电功率传输到其他线路。“荷”侧重于根据风电的出力情况对系统中的可控负荷实施需求侧管理。通过将上述系统运行情况反映在风电的功率控制模型中，可以使得风电的功率控制具有更好的效果，满足风电并网的要求。

4结语

本文系统分析了风电功率控制的方法，通过这种方法能够解决传统风电功率控制系统中存在的不足之处。在实际对风电功率进行控制的过程中，应充分考虑到系统中的源网荷等实际情况，提高风电并网后系统运行的安全性。

【参考文献】

[1]马骞,苏寅生,黄河.基于功率极限在线辨识的风电功率控制模型[J].可再生能源,2019(3):65-66.

[2]邵昊舒,王磊,蔡旭.提高双馈风电机组LVRT能力的改进直接功率控制[J].电力自动化设备,2019(7):15-22.

[3]董华莉.风电场无功功率控制算法及应用[J].技术与市场,2019(12):18-20.

作者：陈云 单位：南大傲拓科技江苏股份有限公司