风电场对电力系统的电源规划风险评估的影响

风电能源是社会生产生活中的绿色可再生能源，在社会可持续发展理念下，对于能源发展以及电力结构调整都具有重要的作用。在电力系统电源规划风险评估中，风电场属于一种不确定性因素，为提高评估的科学性和合理性，应当准确把握风电场对电力系统电源规划风险评估的影响。本文就此进行简要分析，仅供相关人员参考。

电力系统电源规划作为电力系统规划工作中的重要内容，其直接关系着电力系统电源布局战略决策的科学性和有效性，并且对于电力系统运行的稳定性和安全性也产生较为明显的影响。 我国风能资源比较丰富，风力发电的顺利实现，能够在一定程度上缓解我国能源需求问题，优化能源结构，对于整个社会经济的稳定持续发展都具有重要的意义。由于风能资源具有不确定性，基于风电机组运行特性，使得电力系统运行和规划往往会受到风电机组的波动性和间歇性等的影响，此种情况下，加大力度探讨风电场对电力系统电源规划风险评估的影响，对于风能资源和有效利用具有重要意义。

风电场电源规划和可靠性模型

1、常规电源的电源规划

就电力系统电源规划的实际情况来看，常规电源的电源规划具有高维数、 非线性和离散性特征，若通过直接方式进行求解的难度较大，因此在实际电源规划工作中主要将其分解为电源投资决策问题和生产优化决策问题，以促进问题的顺利解决。该模型在实际应用中忽视了未来收益的不确定性和投资者对投资时机的选择权，通过对启发式算法或线性规划法的运用，将多种数学优化算法融合在一起，促进问题的解决。近年来科学技术不断进步，电源规划中对人工智能算法的应用也更为广泛，以神经网络算法和遗传算法等为典型应用代表。

２、风电场对电源规划的影响

风电机组对电力系统电源规划的影响包含多个方面，其一是风电机组的间歇性和波动性对电力系统电源规划的可靠性产生较为明显的影响，导致电力系统等效负荷峰谷差逐渐增大，部分机组需要调停以吸纳风电场出力，此种情况下导致电力系统设备备用容量不断增大，并且给电网调频和调峰都产生极为不利的影响。其二是在风电速度的影响下，风电机组的输出功率存在不确定性，难以实现科学化控制。 其三是风力发电中所运用的电力电子设备在入网后会对电网产生谐波污染，并且严重影响电网质量，甚至出现闪变问题，为保证电力系统电源规划的顺利开展，往往需要对滤波装置进行合理设置，并在实际工作中准确把握风电场最大穿透功率等因素的影响，以保证电力系统电源规划的科学性和合理性。其四是风电机组实际运行过程中需要从电网吸收无功功率，此种情况下往往导致电压下降或电压波动，使得风电的单位发电成本明显增大。其五是风电位置选择的不合理或装机容量的不适宜，也是影响电力系统电源规划的重要因素，极易导致电网损耗增大，并且影响系统稳定性，对于电网建设及稳定运行都是不利的。

３、风电场的可靠性模型

风电机组可靠性模型的建立是一项复杂性工作，需要准确把握风速的随机性变化、风电机组的强迫停运率等要素极易全面分析，结合风电机组运行的实际需求，掌握好风电机组的输出功率与风速之间的关系，从而提高电力系统电源规划的有效性和可靠性。

1）威布尔分布风速模型。

威布尔分布属于一种分布函数法，是一种单峰两参数法，在风速变化均得到良好应用，基于分布函数能够准确把握威布尔分布的偏斜度，并在标准取值范围内，能够对每小时的风速随机抽样值进行准确计算，以促进电力系统电源规划的顺利进行。威布尔分布模拟法在实际应用中的计算量较小，原理简单，具有一定应用优势，但也存在一定不足，其在风速模拟中能够得到合理应用，但难以实现对风速的科学化预测。

2）风电机组的输出功率与风速的关系。

风速的大小决定了风力发电机组的输出功率大小，只有当风速值在切入风速和切出风速之间时，风电机组才会有输出功率，低于切入风速时风电机组不会启动;高于切出速度时风电机组将自动停运。

含风电场电源规划的风险评估

电源规划的风险评估是电力系统规划中一个复杂的任务，其基本目标是在满足负荷增长要求和系统可靠性水平的同时，合理的设置新增电源的位置和容量。 通常，该规划过程中不考虑输电网，而主要考虑电源与负荷之间的平衡。 传统方法即是基于这一前提进行电源风险评估。本文提出了考虑风电场的电源规划的风险评估，某个电源对系统风险的影响不仅取决于其容量的大小，而且与其在系统中的位置有关。 含风电机组的电源规划的风险评估包括以下几个方面:

１、根据社会、环境和政府管制方面的要求，选择可行的电源规划方案。

２、通过技术分析和风险灵敏度分析选择出要重点考虑的规划备选方案。 技术分析包括系统潮流计算、故障水平、暂态稳定和技术可行性研究。风险灵敏度分析是对新增电源在不同容量和位置时对系统风险的影响进行评估。可用发输电系统风险评估方法进行这一分析。 要重点考虑的规划备选方案应包括新增电源可能的容量范围和位置。

３、利用基于蒙特卡洛模拟的方法进行发电成本和风险费用的随机模拟。

４、进行包括投资、运行成本和风险费用的综合经济分析。

５、将总费用最小的方案作为最佳方案。就发电成本和风险费用模拟的模拟来看，把蒙特卡洛模拟技术与最小费用评估模型相结合，进行发电成本和风险损失费用的模拟。

模拟方法包括以下基本步骤：

(1)建立多水平年度负荷模型，这个模型使用小时负荷数据合成负荷水平状态。

(2)利用蒙特卡洛模拟选择某一个负荷水平下的系统状态。所评估的系统是一个发输电系统。发电机组以及输电元件用两状态随机变量表示(仅运行和停运状态)，或者根据具体情况可以被假设为 100%可靠。

(3)求解最小费用模型，计算发电出力分配、发电成本、负荷削减和母线停电损失。

(4)重复第(2)和第(3)步，直到各负荷水平的计算都达到收敛为止。

(5)将所有负荷水平的结果按其概率加权，计算期望发电成本和期望风险损失费用的年度指标。就含风电场的最小费用模型来看，这个模型的目标是要在满足功率平衡、线性化潮流关系、以及支路额定容量和发电机组出力限制的条件下，使发电成本和停电损失费用之和最小。

结语

总而言之，电力系统电源规划的有效性和可靠性往往影响着整个电力系统的有序运行，并且对于电力系统的整体规划也产生较大的影响，与整个社会经济的发展也存在密切的联系。这就要求在电力系统规划过程中要准确把握好风电场对电力系统电源规划风险评估的影响，基于蒙特卡洛模拟计算和最小费用评估模型，对引入风电场后的电源规划进行经济性研究，实现对现有电源规划模型的完善，从整体上促进电源规划的不断发展进步。