風(fēng)電場電力匯集系統(tǒng)簡介

風(fēng)電場電力匯集系統(tǒng)，亦稱“風(fēng)電場集電系統(tǒng)”。匯集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能并輸送到風(fēng)電場升壓變電站或用電負(fù)荷的電力連接系統(tǒng)?？筛鶕?jù)電壓等級分類，如10千伏集電系統(tǒng)、35千伏集電系統(tǒng)等。

風(fēng)電出力受自然天氣條件的影響很大，當(dāng)系統(tǒng)中含有大規(guī)模風(fēng)電場時，確定性潮流無法全而反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，由前述隨機(jī)潮流的概念可知，系統(tǒng)隨機(jī)潮流分析是解決該問題的有效方法。國內(nèi)外學(xué)者對含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流研究早已有涉及。從現(xiàn)有研究成果來看，系統(tǒng)隨機(jī)潮流模型算法與常規(guī)系統(tǒng)基本一致。事實(shí)上，風(fēng)電這一非常規(guī)隨機(jī)因素引入后，進(jìn)行系統(tǒng)隨機(jī)潮流分析需要解決的關(guān)鍵問題是模型中如何計及風(fēng)電場出力隨機(jī)性。此外，由于風(fēng)電出力隨機(jī)性區(qū)別于常規(guī)系統(tǒng)中一般隨機(jī)性因素而具有一定特殊性，對此計算中如何處理亦是含風(fēng)電場隨機(jī)潮流分析需要進(jìn)行深入研究的問題。現(xiàn)主要從上述兩個方而綜述含風(fēng)電場的隨機(jī)潮流方法，具體如下。

電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流及其安全評估模型中風(fēng)電出力隨機(jī)性處理

蒙特卡羅抽樣法是進(jìn)行風(fēng)電場出力隨機(jī)性分析最直接簡單的方法，如有文獻(xiàn)均采用蒙特卡羅法分析風(fēng)電場出力的隨機(jī)性，并采用模擬法計算含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流，比較分析了風(fēng)電接入對系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓和支路潮流的影響。

為采用計算速度相對較快的解析法計算含風(fēng)電場隨機(jī)潮流，有文獻(xiàn)分別提出了風(fēng)電出力隨機(jī)性不同處理方法 。

電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流及其安全評估含風(fēng)電場隨機(jī)潮流計算幾個特殊問題

(1)隨機(jī)潮流模型中風(fēng)電場潮流計算模型問題。現(xiàn)有含風(fēng)電場隨機(jī)潮流研究時，大多數(shù)文獻(xiàn)假設(shè)風(fēng)場與外界系統(tǒng)按恒功率因數(shù)發(fā)生無功功率交換，即將風(fēng)電場等效為PQ節(jié)點(diǎn)，該處理方式與系統(tǒng)實(shí)際并不完全相符，為此有文獻(xiàn)將風(fēng)場風(fēng)機(jī)分為恒速}巨頻異步發(fā)電機(jī)、恒功率因數(shù)控制方式的變速恒頻雙饋機(jī)、恒壓控制方式的變速恒頻雙饋機(jī)三種類型，分別建立對應(yīng)無功概率模型，采用半不變量和Gram-Charlier級數(shù)展開法研究了風(fēng)電場不同控制方式下系統(tǒng)的隨機(jī)潮流 。

(2)風(fēng)場間出力相關(guān)性問題。隨機(jī)潮流計算中往往為了簡化模型、加快計算速度而假設(shè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的注入功率相互獨(dú)立。事實(shí)上，這一假設(shè)與常規(guī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行已經(jīng)存在一定差異，而風(fēng)電并網(wǎng)將進(jìn)一步加大該差異。因為多個風(fēng)電場地理位置相對靠近而使得其基本處于同一風(fēng)速帶，從而使得各風(fēng)場風(fēng)速具有較強(qiáng)的相關(guān)性，各風(fēng)場出力也具有較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，隨機(jī)潮流分析時應(yīng)考慮風(fēng)速相關(guān)性以更準(zhǔn)確地評估風(fēng)場并網(wǎng)后系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行特性。不少學(xué)者對此進(jìn)行了探討。

(3)風(fēng)場內(nèi)有功無功出力相關(guān)性問題。有文獻(xiàn)提出含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流分析時，應(yīng)計及風(fēng)電場有功、無功相關(guān)性尤其是采用異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場，該文將風(fēng)電場有功無功同其靈敏度矩陣中對應(yīng)的權(quán)重元素組合為一個隨機(jī)變量，采用半不變量法進(jìn)行隨機(jī)潮流分析，研究表明計及風(fēng)場有功無功相關(guān)性后計算結(jié)果更準(zhǔn)確，更接近系統(tǒng)電壓或潮流的真實(shí)分布情況。

電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流及其安全評估含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流研究展望

由上述分析可知，目前含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流基本模型算法已建立。但是，當(dāng)前含風(fēng)電系統(tǒng)隨機(jī)潮流研究大多均基于風(fēng)速服從Weibull分布的基本假設(shè)。事實(shí)上，含風(fēng)電系統(tǒng)的隨機(jī)潮流計算應(yīng)根據(jù)分析周期的不同分為以下兩種:中長期隨機(jī)潮流問題;短期隨機(jī)潮流問題。其中，中長期隨機(jī)潮流計算時一般假定風(fēng)速服從Weibull分布，考慮風(fēng)電出力從零到滿發(fā)隨機(jī)波動，其分析結(jié)果適用于系統(tǒng)長期或中長期評估。而短期隨機(jī)潮流計算時一般考慮風(fēng)電出力值為預(yù)測結(jié)果加上隨機(jī)波動的預(yù)測誤差，即系統(tǒng)隨機(jī)變量為風(fēng)功率預(yù)測誤差，此時的結(jié)果適用于系統(tǒng)短期或在線評估分析?；谏鲜鲭S機(jī)潮流問題的劃分，給出幾個值得深入研究的相關(guān)問題，以供參考。具體如下:

(1)含大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的中長期隨機(jī)潮流解析化方法研究?，F(xiàn)有含風(fēng)電場的隨機(jī)潮流解析方法，雖然其實(shí)用性較強(qiáng)，但對于風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模較大且需考慮風(fēng)電出力波動范圍較大的中長期分析這一特殊場合，可能存在不適之處，具體分別表現(xiàn)模型與算法兩個方而。首先，現(xiàn)有解析方法中大多采用最常用的線性化交流模型，其精度能否適應(yīng)上述特殊場合有待深入研究。其次，在算法方而，現(xiàn)有解析算法以基于半不變量和級數(shù)展開法最為常用，其中級數(shù)大多為A型Gram-Charlier級數(shù)或Edgeworth級數(shù)。而數(shù)學(xué)界研究已表明，當(dāng)隨機(jī)變量的三階或四階矩超出一定范圍時，其逼近所得概率密度函數(shù)可能出現(xiàn)負(fù)值，導(dǎo)致結(jié)果不滿足基本概率公理。因此，將此方法直接用于上述場合分析值得探究。

(2)計及動態(tài)調(diào)度策略的中長期隨機(jī)潮流方法研究。在現(xiàn)有隨機(jī)潮流文獻(xiàn)中，亦即中長期隨機(jī)潮流研究，為簡化分析或受模型、方法限制，負(fù)荷或間歇性電源出力波動時均沒有考慮系統(tǒng)中各機(jī)組出力調(diào)整，而是將其視為不變的恒量，完全依靠單一的平衡節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率平衡，這顯然不相符合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行。事實(shí)上，電網(wǎng)運(yùn)行時會根據(jù)負(fù)荷水平的不同及時調(diào)整系統(tǒng)發(fā)電計劃、重新安排機(jī)組出力（尤其是承擔(dān)峰荷的機(jī)組），以力求系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。此外，一方而隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的深入開展，系統(tǒng)的互動性、兼容性、經(jīng)濟(jì)性等特征愈發(fā)明顯。這在一定程度上也預(yù)示著未來電網(wǎng)分析工作必須而對諸多隨機(jī)因素并恰當(dāng)處理系統(tǒng)在此環(huán)境下運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)調(diào)整問題，從而使系統(tǒng)分析方法滿足實(shí)際需求。另一方而，我國風(fēng)電“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的發(fā)展路線，也進(jìn)一步突顯了計及動態(tài)調(diào)度策略是系統(tǒng)分析的必然要求。因此，研究計及動態(tài)調(diào)度策略的中長期隨機(jī)潮流分析方法具有重要意義，應(yīng)作為后續(xù)研究的重要方向。

(3)短期隨機(jī)潮流方法研究。由于短期隨機(jī)潮流研究時一般考慮功率波動范圍相對較小，風(fēng)電出力隨機(jī)變量取決于風(fēng)功率預(yù)測誤差，因而當(dāng)前含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)隨機(jī)潮流計算模型與求解方法基本適用。然而，難點(diǎn)問題是如何建立準(zhǔn)確的風(fēng)電功率預(yù)測誤差分布模型，用于描述風(fēng)電出力短期隨機(jī)波動性。因此，研究一種考慮風(fēng)電功率預(yù)測誤差分布的隨機(jī)潮流實(shí)用方法是短期隨機(jī)潮流研究的重點(diǎn)。

近年來，在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，風(fēng)電得到了高速發(fā)展。風(fēng)電本身波動性和間歇性的特點(diǎn)使其并網(wǎng)對系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成一定的威脅。因此開展風(fēng)電場接入系統(tǒng)的相關(guān)研究是當(dāng)前風(fēng)電場快速發(fā)展期迫切需要解決的問題。.本項目從風(fēng)電場對系統(tǒng)安全性影響的概率性評價切入，建立風(fēng)電場接入系統(tǒng)的充裕度模型和電壓波動評估模型。將風(fēng)電并網(wǎng)的控制設(shè)備、并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的停運(yùn)與風(fēng)電場的充裕度模型統(tǒng)一考慮，突破風(fēng)電場充裕度評估單節(jié)點(diǎn)模型的局限，使風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的充裕度評估更符合風(fēng)電場的運(yùn)行實(shí)際。計及風(fēng)電系統(tǒng)所有可能的隨機(jī)因素，研究風(fēng)速變化引起的節(jié)點(diǎn)電壓波動分布，分析因節(jié)點(diǎn)電壓越限使風(fēng)電機(jī)組停機(jī)的概率及不同節(jié)點(diǎn)對注入功率隨機(jī)擾動的承受能力，進(jìn)而研究消除波動的方法。.項目研究成果將為評價風(fēng)電場的綜合效益提供有效精確的定量評估手段，為風(fēng)電場的規(guī)劃和設(shè)計提供決策依據(jù)，對風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供切實(shí)的技術(shù)支持。 2100433B

本書主要講述風(fēng)電場電氣部分的系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備，包括與風(fēng)電場電氣相關(guān)的各主要內(nèi)容。全書分為8章，主要內(nèi)容為風(fēng)電場電氣系統(tǒng)的基本構(gòu)成、主接線設(shè)計，風(fēng)電場主要電氣一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、型式參數(shù)及電氣一次設(shè)備的選取，風(fēng)電場電氣二次系統(tǒng)、風(fēng)電場的防雷和接地，風(fēng)電場中的電力電子技術(shù)應(yīng)用等。書中提供了大量的實(shí)物照片和結(jié)構(gòu)示意圖，使讀者對電氣設(shè)備有直觀的感性認(rèn)識。本書既可作為高等院校的教材，也可為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的相關(guān)從業(yè)人員的培訓(xùn)及自學(xué)提供參考。