讨论分布式风力发电对综合负荷特性的影响

摘 要：分布式风力发电系统的并网运行，改变了所接入配电网的负荷构成和特性．随着风电渗透率的逐渐增加，这种影响将日益明显．以数字仿真实验为基本手段，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ工具平台搭建ＩＥＥＥ－１４节点配电网络，分析研究分布式风力发电的不同接入容量和并网位置对配电网综合负荷特性的影响，构建“特征差异度”评价指标以定量评估其影响程度．

关键词：风力发电；综合负荷特性；定量分析；特征差异度

中图分类号：F407文献标识码： A

一、前言

发展可再生能源尤其是风能发电被视作解决能源紧缺问题、促进低碳环保经济的重要方案，风力发电已成为世界上增长最快的新能源．过去５年中，全球累计风电装机增长率达２７．０９％，新增装机容量增长率达３５．４８％，中国的风电装机总容量和２０１１年新增装机容量更是位居世界第一

二、风能发电的开发模式：

1.集中式———百万甚至千万ｋＷ 级大规模风电场以２２０ｋＶ及以上电压等级直接并入主网

2.分散式———万ｋＷ 级小容量风电场接入１１０ｋＶ及以下电压等级配网．在分散式情形下，风力发电作为分布式电源接入配网，必然改变传统的综合负荷特性，使之成为一种“广义负荷”．随着分布式风力发电并网容量的增加，渗透率逐步增大，对配电网区域综合负荷特性的影响不可忽视，研究此种条件下的负荷建模方法、评估分布式风力发电对负荷特性的影响规律及影响程度，负荷建模必须解决理论与实际工程问题

三、仿真方案

风力发电作为分布式电源接入系统后，对负荷特性影响的主要因素为并网时接入容量与接入点地理位置．为此，首先须制定合理的仿真方案．这里制定了具体仿真方案与仿真方法．

１.选用具有一定典型代表意义的ＩＥＥＥ－１４节点配电网络作为仿真研究对象，仿真系统中，节点１是２２０ｋＶ 主网等值系统

的２２０ｋＶ 枢纽变电站的１０ｋＶ 母线，为１４节点配网与主网间的公共连接界面，也即“配网侧综合负荷母线”；接于母线１的配电网即为研究对象，其通过２２０ｋＶ 变压器从主网获得的下网负荷即为“配网侧综合负荷”．配网总额定负荷为２８．７＋ｊ７．７５ＭＶ·Ａ，支路Ａ 负荷为８．５＋ｊ４．６５ＭＶ·Ａ，支路Ｂ负荷为１５．１＋ｊ１．４ＭＶ·Ａ，支路。Ｃ负荷为５．１＋ｊ１．７ＭＶ·Ａ.各节点负荷均采用感应电动机并联ＺＩＰ的综合负荷，并依据ＩＥＥＥ－１４节点网络各类负荷典型参数对网络进行设置．

２.当配电网中不接入任何分布式电源时，在１０ｋＶ母线上设置持续０．２ｓ的三相短路故障，导致故障母线电压跌落近２０％．以故障发生时刻为计时起点（ｔ＝０），测量故障后暂态过程中的综合母线负荷特性数据．此为不含分布式电源的原始态网络数据．

３.考虑风机不同接入方式．设置风机容量为总负荷容量的１０％～８０％，将风机分别接到节点２，３，４，５，７（其中节点２，３，４分别为不同类型的负荷支路上的共点节点，节点２，５，７分别为同一支路的首、中、末端），测量暂态过程中的综合负荷母线动态数

据．此仿真网络除风机接入的容量及位置变化外，其他条件均与原始态一致．根据所提仿真方案在ＩＥＥＥ－１４网络中依次进行仿真，采集综合母线点吸收有功的仿真测量数据，并进行功率平移，将功率以各自稳态值为基准进行量化归一化后观察。

四、基本思路

为分析分布式风力发电电源按照不同容量和不同地点接入配电网对配网侧综合负荷特性的影响，这里采用递进关系的层次步骤分析方法，选择合适的对象进行分析．一般而言，可以将一个动态系统受扰动后的暂态过程分为前稳态、暂态、后暂态、后稳态４个阶段。显然，系统的暂态响应是其动态特性的直观反映；不同系统（或同一系统在不同条件下）之暂态响应的差异（或相似）程度，即反映了其内在特性的差异（或相似）程度．系统动态特性的差异程度可用不同的指标测度．显然，暂态过程持续时间以及相对于稳态响应的暂态偏移量可以作为描述暂态程度的重要指标．据此，定义４个“暂态特征参数”以刻画暂态过程中的负荷动态特性的变化程度，其物理意义．其中：

暂态时间ｔ１———受扰动后的直至功率跃变到最大时的暂态过程持续时间；

调节时间ｔ２———故障清除到恢复稳态的后暂态时间；

有功跃变量ΔＰ１———故障开始时有功功率的跃变值；

有功超调量ΔＰ２———功率波动最大值与后稳态功率的差值．

五、结语

随着分布式发电技术应用规模的日益扩大，定量准确地评估分布式电源对所接入配网的广义负荷特性的影响，对于负荷建模研究及其工程应用具有重要意义．笔者以分布式发电的影响为研究对象，定义“特征差异度”以衡量分布式风力发电对负荷特性的影响程度，实现其客观定量评估．研究结果表明：分布式风力发电对负荷特性的影响程度，随着其并网点距综合母线距离的增加而减小，随着并网容量比例的增大而增大，二者影响程度的相对大小与并网点所在供电回路负荷水平有关．尤其值得注意的是：接入容量越大，大扰动下的负荷暂态响应过程的功率跃变幅度以及故障切除后的稳态恢复时间显著增加．这里所提出的定量指标对于评估其他分布式电源对负荷特性的影响具有借鉴意义．

六、参考文献：

［１］马志博，刘友波．英国风电发展及其调度概述［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１１

［２］罗如意，林晔，钱野．世界风电产业发展综述［Ｊ］．可再生能源，２０１０

［３］王吉利，贺仁睦，马进．配网侧接入电源对负荷建模的影响［Ｊ］．电力系统自动化，２００７