风电的发电特性及优化运行技术分析

摘 要：风力发电作为可再生清洁能源风能的转化利用，在能源替代与节能减排的低碳电力发展中扮演重要角色。风速具有概率随机性和参数模糊性的多重不确定性特征，风电并网后其随机模糊不确定注入功率影响电力系统潮流分布与调度决策，需要对风电并网后的系统采取优化运行技术，文章详细分析了风电的发电特性及优化运行技术。

关键词：风电;发电特性;优化运行;技术

一、 引言

近年来，传统能源不仅传出能源紧缺问题，更由于其污染气体的排放引发环境问题而让人深恶痛绝。全球能源结构的转型势在必行，清洁能源正在逐渐取代传统能源的使用。风力发电作为重要的能源形式，由于其具有节能减排，取之不尽的特性深受喜爱，未来风力发电在我国的应用范围将会进一步扩大。与此同时，风力发电出力的随机波动性也给电网运行带来一定的影响和挑战，系统面临一定的新能源消纳压力，直接关系到电力系统的安全稳定运行，为此，首先，分析了风力发电的出力特性，其次，分析了风力发电并网对电网的影响，最后，对风力发电的优化运行技术进行了实例分析。

二、  风电的发电特性

风电的出力大小具有明显的间歇性和波动性，在较长的时间尺度下，出力时大时小，与风速具有直接的关联。对于风电出力大小的表示，可以采取分段线性公式进行表示。当风速在不同的区间时，风电机组的出力大小也有所不同，从而较为准确地表达出风电的出力特性。对于风速的模拟，可以采用威布尔分布函数进行表示。当准确表达出风电的发电特性之后，就可以对风电并网后的系统进行优化运行，提高风电并网后的系统运行稳定性和安全性。

三、  风电发电系统的优化调度和灵活运行模型

对于风电并网后的系统优化运行，可以根据风电并网后的系统实际情况，采用优化调度策略，提高系统运行的经济性和灵活运行水平。在分析风电发电系统的优化运行之前，首先需要构建风电发电系统的优化调度模型，在模型中考虑多种影响风电消纳的因素，为此以下分别对模型中的目标函数、约束条件和模型的具体求解算法等进行分析。

（一）目标函数

文章以系统的风电消纳电量最大为目标函数，风电发电系统优化调度模型的目标函数如下式所示。

上式中的Pw，t为风电在时段t的消纳电量，目标函数前面取负号，就可以转化为最小值优化问题，方面后续对模型的求解。

（二）约束条件

在风电发电系统优化调度模型中，常规的约束条件包括系统的有功功率平衡约束、各个节点电压在合理的范围之内，各线路的潮流在允许的载流量范围之内等。除此之外，对于系统中并网的风电，应根据各个风电场的具体装机容量，具有一定的出力上下限约束，如式（2）所示。

在上式中的Pprew，i，t为风电的预测出力。此外，常规火电机组应该满足一定的机组爬坡约束，如式（3）所示。因为风电的出力具有一定的间歇性，常规火电机组应该能够追随可再生能源发电的实时变化，以保证系统的功率实时平衡。

在上式（3）中的PupG，i和PdownG，i分别为常规火电机组的出力增减速率，速率越大，表明机组的爬坡能力越强。对于并网的风电电源，应采用一定的功率控制方式。若风电电源采用恒功率因素运行方式，即应满足如下等式约束。

式中Qw，i，t分别为风电在时段t的无功出力。对于风电并网后的系统优化调度模型的求解，需要采用相应的优化算法进行求解。

四、 案例分析

对上述构建的风电发电系统优化调度模型进行求解，首先通过求解机组组合模型，确定机组合理的开机方式。在此基础上就可以具体分析风电并网的消纳电量情况。在模型的具体求解中，主要采用的为预测校正内点法进行优化模型的具体求解。文章采用IEEE 39节点算例对电力系统中的并网风电消纳进行分析，将系统中的节点12接入风电场，进行分析可再生能源的并网消纳情况。当分别构建不同的场景，在风电具有不同的装机容量下分析风电的消纳情况。场景1为风电的装机容量为1190MW，场景2为风电的装机容量为1800MW，场景3为风电的装机容量为2300MW。在上述各种场景下的系统弃风率、弃光率和可再生能源的渗透率如表1所示。

由表1可知，当风电的装机容量越大时，则系统的弃风率随之增大，因为系统中可调节的资源难以满足大规模风电并网的消纳需求，故有一部分的可再生能源电量无法消纳，在发展可再生能源时，应考虑到电力系统的实际情况。同时，在风电出力较大的时段，此时火电机组的出力曲线会有明显的降低，表明火电需要腾出一定的空间用以接纳可再生能源的电量。当可再生能源的电量较小时，则需要火电机组进一步增大有功功率，以满足系统的负荷需求。

五、 结语

近年来，风电的装机容量在不断扩大，风力发电在系统中的占比不断提高，可再生能源发电已经成为我国重要的能源形式之一。但可再生能源具有随机性和波动性，大量可再生能源并网后会给系统带来一定的冲击和挑战，文章主要分析了风电发电系统的消纳问题和运行灵活性问题，以使风电并网后系统仍能保持稳定运行。

参考文献：

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作者简介：马彬彬，济南和源工程咨询有限公司。