风电场与电网的匹配穿透功率极限的确定及其探讨

　　摘要

风力发电技术有着很多课题值得我们去深入研究，如风电场电能质量各项指标研究及其改善、风电场对电力系统的综合影响分析、风电在电网的最佳比例等等。其中风电场与电网的匹配--风电场穿透功率极限的确定始终是风力发电一大重点课题。本文围绕风电场穿透功率极限，引入相关重要概念的同时，概括并提出几种风电场穿透功率极限的计算方法，结合实际算例，进行各个计算方法之间的对比分析。

　　关键词电网 风力发电 穿透功率

　　0 引言

　　风是人们非常熟悉的一种自然现象，是地球表面大气层各处之间存在气压差的结果。人类利用风能已有数千年的历史。我国也是世界上最早利用风能的国家之一，明代的灌溉用风力水车等都是我国早期利用风能的痕迹。我国是一个风力资源非常丰富的国家之一，东南沿海、内蒙古北部新疆甘肃等地区属于风能资源丰富的地区，有很好的开发利用条件和前景。

风能属于可再生能源。从可持续发展角度看,选择风力发电可以延缓煤、石油、天然气等常规能源日益严峻的枯竭趋势。风力发电具有明显的环境效益，主要表现在它不排放任何有害气体和不消耗水资源。如果按照以每KW.h消耗380g标准燃煤为例，评估装机容量10万KW，年发电量2.3亿kW·h的风电场环境效益来看，每年可以节约大约标准煤8.74万吨，可减排烟尘1150吨、灰渣2.76万吨、二氧化碳26.5万吨、氮氧化物1035吨、二氧化硫1403吨。上述风电场的环境效益估计每年约4000万元，而且这不仅仅是它的环境效益，其社会效益更是无可估量。

目前，风力发电不仅是风能利用的主流形式，又是在新能源开发利用中技术最成熟、发电成本日益降低、商业化规模最大的发电方式。随着世界环境的日益恶化和常规能源的日益枯竭，风力发电在未来的能源结构中将占有越来越重要的地位。目前，风力发电的主流形式是大型并网型风力发电机组。风力发电机组单机容量很小，对于一个大电网影响可以忽略，但对于一个风电场来说，总装机超过几十万千瓦，对于一个容量不大的弱电网，就会造成不可忽视的影响。

一般来讲，风电场对电网的影响程度与风电在电网中占的容量比例有关。一方面，风力资源较好的地区往往人口稀少、负荷量小、电网结构相对薄弱、风电功率的注入改变了局部电网的潮流分布，对局部电网的电能质量和稳定性有很大影响。另一方面，风力发电的原动力是不可控的，它是否处于发电状态以及出力的大小都决定于风速的状况、风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性。随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，大型风电场并网运行对电力系统的影响也越来越明显。如何确定电网系统在正常运行前提下可以接受的最大风电装机容量，即系统的穿透功率极限计算成为十分紧迫的研究课题。

　　1 问题的分类

　　风电场穿透功率极限的计算按照风电场所在区域可分为

①局部电网风电场穿透功率极限分析比较方便，算法适应性较好，可为局部电网所接入的风电场建设等问题提供直接的参考数据，不用进行二次数据处理。

②大电网分散式风电场穿透功率极限分析比较复杂，算法适应性较差，需要进行二次数据处理。风电场穿透功率极限的计算按照对电网的时间段冲击可以分为短时间风电场穿透功率极限和长期风电场穿透功率极限。

　　2 相关概念定义

　　①风电穿透功率极限。

　　风电场穿透功率极限＝ ，即指系统中，不导致系统出现异常情况的风电场装机容量占系统总负荷中的最大比例。②风电场短路容量风电场与电网的接入点发生最严重的短路故障时，所对应的容量。③风电场短路容量比风电场额定容量对风电场短路容量的百分比。④风电可信度风电场总装机容量中，实时投入电网功率总量的可参与电力系统平衡计算的最大比例。⑤风电场负载率风电场实发容量与装机容量比，其值为0～1。

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