【正文】 ，然后通過傳動(dòng)結(jié)構(gòu)將機(jī)械能送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)由機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，最后風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)將電能通過區(qū)域變電站注入電網(wǎng)。 并 網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分類 就目前應(yīng)用范圍來講，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般按調(diào)節(jié)方式和運(yùn)行方式可以分 恒速恒頻、變速恒頻兩種類型。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，自然風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)力機(jī)，經(jīng)齒輪箱升速后驅(qū)動(dòng)異步發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中會(huì)從電網(wǎng)中吸收無功電流建立磁場(chǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)變差，因此，一般在風(fēng)機(jī)出口處裝設(shè)可投切的并聯(lián)電容器組提供非連續(xù)可變的無 功補(bǔ)償，采用可控硅軟并網(wǎng)技術(shù)將起動(dòng)電流限制在額定電流的 ～ 2 倍之內(nèi)以防止并網(wǎng)失敗。在這種結(jié)構(gòu)中，風(fēng)輪機(jī)直接跟發(fā)電機(jī)相連，不需要齒輪箱，發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，若通過交－直－交或者交－交變頻器與電網(wǎng)相聯(lián)，在電網(wǎng)側(cè)得到頻率恒定的電壓。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)包括繞線式異步發(fā)電機(jī)、變頻器和控制環(huán)節(jié)，其定子繞組直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱繞組，經(jīng)背靠背的雙向電壓源變頻器與電網(wǎng)相連，給發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁，勵(lì)磁頻率即為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。雙饋電機(jī)的控制方式有兩種：（ 1）速度控制方式：在電機(jī)輸出有功功率和無功功率可變的情況下，以電機(jī)轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的幅值和相位使電機(jī)轉(zhuǎn)速 等于給定值，該方式可以最大限度的利用風(fēng)能；（ 2）功率控制方式：在電機(jī)轉(zhuǎn)速可變的情況下，以電機(jī)輸出的有功功率和無功功率為控制對(duì)象，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓的幅值和相位使得電機(jī)的輸出有功和無功功率符合一定要求，該方式以改善電網(wǎng)功率因數(shù)和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓為目的。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也將進(jìn)一步成熟。 圖 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原 理圖 風(fēng)速變化時(shí)，系統(tǒng)的工作情況如下：當(dāng)風(fēng)速降低（增高）時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速降低（增高），異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也降低（增高），轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速降低（高）于異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率 f 將低（高）于 f 1 ，此時(shí)測(cè)量裝置將轉(zhuǎn)速降低 (增高 )的信息反饋到控制轉(zhuǎn)子電流頻率的電路，使轉(zhuǎn)子電流的頻率增高（降低），即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速又回升（降低）到同步轉(zhuǎn)速，這樣定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的頻率又恢復(fù)到額定頻率 f 1 。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，不僅改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行性能，而且大大降低了變頻器的容量，將會(huì)成為今后大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主要選擇。對(duì)風(fēng)速的大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，特別大的颶風(fēng)發(fā)生概率非常小，一年當(dāng)中的大部分時(shí)間中風(fēng)速都是比較平緩的，風(fēng)速在 0～ 25m/s 之間發(fā)生的概率很高。 k ?1 k? v? ? (v ) = ? ? c? c? ?? v ? k ? exp ?? ? ? ?? c ? ??? （ 31） 其中 v 是平均風(fēng)速， c 是尺度系數(shù)，它反映的是該地區(qū)平均風(fēng)速的大??；另一個(gè)形狀系數(shù) k ，它能夠反映風(fēng)速分布的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著威布爾分布密度函數(shù)的形狀，取值范圍一般在 到 之間。如果威布爾分布的形狀系數(shù) k = 2 ，則又稱為 Rayleigh 分布，很多地區(qū)的風(fēng)速分布都可以采用 Rayleigh 分布來近似表示。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本模型 光伏發(fā)電是指利用光伏電池板將太陽(yáng)光輻射能量轉(zhuǎn)換為電能的直接發(fā)電方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器、電能存儲(chǔ)和變換等環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。采用光伏電池發(fā)電具有不消耗燃料、不受地域限制、規(guī)模靈活、無污染、安全、可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 示意圖 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的 組成結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由光伏電池模擬器、MPPT 充 電控制器、超級(jí)電容、蓄電池組、正弦波逆變器和系統(tǒng)監(jiān)控部分等組成，其工作原理是：光伏陣列首先將接收來的太陽(yáng)輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池中，在日照不足時(shí)，儲(chǔ)存在蓄電池中的能量經(jīng)過全橋逆變器后變成 SPWM 波，然后再經(jīng)過濾波和工頻變壓器升壓后變成交流 220V/50Hz 的正弦電壓供給交流負(fù)載使用，此時(shí)，逆變器工作在有源逆變狀態(tài) ，為電壓控制型電流源逆變器，相當(dāng)于一個(gè)受控電流源。本文的光伏發(fā)電的輸出功率由下列公式給出： P = ηmod AI tiltη wrη pc η mod = f m [1 ? β (Tcell ? 28) ]η sd Tcell = I tilt + Ten I tilt = I horizontal R 其中， P 為輸出功率， η mod 為該小時(shí)環(huán)境溫度下的模塊效率，A 為光照總表面積， η 為 配線效率系， η pc 為功率調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的效率， I tilt 為傾斜面的光照， I horizontal 為水 平 面的光照， R 為 I horizontal 到 I tilt 的折算系數(shù)， η sd 為模塊的標(biāo)準(zhǔn)效率， f m 為匹配系數(shù)， β 為效率改變的溫度系數(shù)， Tcell 為光伏電池的溫度， Ten 為環(huán)境溫度。如果計(jì)算一年總的最大輸出功率，傾斜角即為所在位置的緯度實(shí)際光伏發(fā)電的輸出和風(fēng)力發(fā)電類似，隨著天氣而變化。平均的白天輸出的小時(shí)數(shù)是基于時(shí)間軸的，分為晴 天，陰天，雨天三種情況。目前認(rèn)較好的指標(biāo)是電力不足期望值（ LOLE），系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC），電力不足期望（ EENS）和失負(fù)荷持續(xù)時(shí)間（ DLOL）。 1）缺電時(shí)間期望（ LOLE）（天 /年），定義為給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)不能滿足負(fù)荷需求的小時(shí)數(shù)或天數(shù)的期望值。 2）系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC），若系統(tǒng)的 LOLE 給定，相對(duì)應(yīng)的最大負(fù)荷則定義為系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力（ PLCC） 一定容量的發(fā)電機(jī)組加入系統(tǒng)后， PLCC 將會(huì)有一定程度的提高。 EENS = ∑ Ci Pii ∈ S 式中， Pi 為系統(tǒng)處于 狀態(tài) i 的概率， Ci 為狀態(tài) i 下的負(fù)荷損失， S 為給定時(shí)間段內(nèi)造成系統(tǒng)負(fù)荷損失的狀態(tài)全集。 5）發(fā)電容量可信度，又稱為有效容量，是電源可被信用的容量，它可以通過對(duì)比不同性質(zhì)的電源對(duì)供電可靠性的影響來評(píng)估 [52]。 評(píng)估指標(biāo)可靠性計(jì)算 發(fā)電系統(tǒng)是整個(gè)電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，其可靠性分析模型，一般只包括 發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷模型。因此在任何時(shí)刻衡量系統(tǒng)正常運(yùn)行的判據(jù)，只是系統(tǒng)可用發(fā)電容量的充裕性，即只要有充分的發(fā)電容量滿足負(fù)荷的需要， 則認(rèn)為系統(tǒng)正常， 否則即為系統(tǒng)故障。（ 2）負(fù)荷變化的模型。圖 給出了上面所描述的數(shù)學(xué)思想。 （ 1）累計(jì)負(fù)荷概率分布。 （ 2）確切負(fù)荷概率分布。 （ 3）確切負(fù)荷模型。負(fù)荷周期的選擇，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況和計(jì)算要求來確定，可以是一周、 10 天、一月或一年（ 365 天）。對(duì)過去幾年的用電負(fù)荷的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行概 率統(tǒng)計(jì)，回歸分析，得到一年中每一小時(shí)的用電負(fù)荷。 發(fā) 電機(jī)組建模 電系統(tǒng)由很多發(fā)電設(shè)備組成。一個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)可以用兩狀態(tài)模型來表示，這是一個(gè)簡(jiǎn)化的模型，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，還可能有另外的狀態(tài)，比如必須停運(yùn)狀態(tài)。在全負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組提供最大的出力輸送給系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組不提供任何的電量給系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組或系統(tǒng)在 t 時(shí)刻處于某一種容量狀態(tài)的概率叫做容量狀態(tài)概率模型。在實(shí)際應(yīng)用中，容量概率模型有兩種表達(dá)形式：一種是可用或有效容量概率模型；另一種是停運(yùn)容量概率模型。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電模型修正 將整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)分為三類，包括傳統(tǒng)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，本文為每種發(fā)電系統(tǒng)的停運(yùn)模型設(shè)計(jì)了遞歸算法。 i = P(C ≥ Ci )P 是矢量 P 的第 i 個(gè)元素， m 為發(fā)電機(jī)組總的狀態(tài)數(shù)。 POWINDk 為風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)在第 k 個(gè)小時(shí)的出力， POPVk 為光伏發(fā)電子系統(tǒng)在第 k 個(gè)小時(shí)的出力。 其中， M WIND k ,i 是 M WIND k 的第 i 個(gè)元素， CWINDi 是 CWIND 的第 i 個(gè)元素， PRWIND 是 C 風(fēng)力發(fā)電子系統(tǒng)的額定功率。 總的光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的出力由修正的光伏發(fā) 電和風(fēng)力發(fā)電容量模型計(jì)算。 LCV 為常規(guī)機(jī)組燃煤的低位熱值（ KJ/Kg）。 闡述了包含風(fēng)力模型、風(fēng)機(jī)模型和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)模型的風(fēng)能生產(chǎn)模型，考慮了不同風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)特性是該模型的一個(gè)特色。提出了基于蒙特卡羅仿真的風(fēng)力發(fā)電發(fā)電容量可信度的評(píng)估方法。通過不同天氣情況的對(duì)比得出以下結(jié)論：（ 1）無論是從系統(tǒng)的可靠性還是綜合考慮燃煤的節(jié)約情況，同時(shí)接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)組優(yōu)于單獨(dú)接入其中一種機(jī)組；隨著并網(wǎng)機(jī)組容 量的增加， LOLE 也顯著增加，可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性需要得到彌補(bǔ)，如接入電能儲(chǔ)存系統(tǒng)。 4 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電壓分布的技術(shù)研究 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外對(duì)電壓水平的影響 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在配電網(wǎng)絡(luò)中有不同的放置地點(diǎn)，相應(yīng)地對(duì)原有配電網(wǎng)絡(luò)的影響也不同首先討論風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電 放置在不同的設(shè)備處對(duì)電壓的影響。負(fù)荷越高，分接頭調(diào)得越高，以補(bǔ)償更大的線路壓降，使用戶側(cè)電壓分布滿足要求。由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的注入功率使得從主變壓器引入的功率減少，而分接頭是根據(jù)不考慮風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電功率引入情況下確定的調(diào)壓策略調(diào)整，分接頭向上調(diào)整不夠，使降壓變壓器的副邊電壓過低，繼而用戶側(cè)的電壓水平越限。隨著有功注入的增大，電壓水平將上升，并且很可能電壓越限。從圖 很明顯地看到了這個(gè)現(xiàn)象。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電接入用戶側(cè) 由于在用戶側(cè)，功率需求比較小，一個(gè)很小的發(fā)電機(jī) 10kW 都可能引起較大的壓變化，而且功率很可能反向注 入電網(wǎng)。這意味著一個(gè)用戶的光伏發(fā)電或者風(fēng)力發(fā)電將影響其他的用戶的電壓水平。但是現(xiàn)在配電網(wǎng)并不允許用戶的反向送電，用戶送電的定價(jià)在現(xiàn)階段配電方還沒有市場(chǎng)化的情況下也將是一個(gè)問題。在考慮準(zhǔn)入容量的前提下，我們通過以下算例來分析。 圖 10MW 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 圖 MW 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 圖 MW10MVar 接入節(jié)點(diǎn) 50，分接頭位于 時(shí)的電壓分布 比較圖 、圖 和圖 ，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入有功功率 10MW 后，饋線一的電壓水平上升，母線的電壓稍稍上升。反映出，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電能夠?qū)︷伨€的電壓起支持作用，能夠幫助實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整?？偝隽υ蕉?，與負(fù) 荷的比值越高，電壓支撐就越大，整體電壓水平就越高。這個(gè)結(jié)論可以通過 ΔU ≈ ( PR + QX ) / U j 來解釋，線路的 R / X ≈ 1/ 2 ，而且主變壓器的電阻被忽略，電抗為 。但必須注意風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的總出力是不可以無限制增加的，其增加必然導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓的增大，繼續(xù)的話必然越限。 風(fēng) 力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置變化試驗(yàn) 通過算例可知風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入的位置對(duì)于配電網(wǎng)的電壓分布有很大的影響。表 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在不同節(jié)點(diǎn)時(shí)達(dá)到電壓上限 [.]時(shí)的輸出功率， PF= 表 41 為了說明數(shù)據(jù)的有效性， 有必要取饋線節(jié)點(diǎn) 20 比較其電壓分布圖。也就是說風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電越接近母線也就是離變電站的距離越近，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電允許注入饋線的功率就越大。 圖 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入節(jié)點(diǎn) 10,20 本章小結(jié) 在大量的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后，電力網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)放射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€(gè)電源和用戶互聯(lián)的有源網(wǎng)絡(luò)，必然會(huì)引起饋線中傳輸有功無功數(shù)量和方向發(fā)生變 化，進(jìn)而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布。分析了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置在饋線以外各種情況對(duì)電壓水平的影響，重點(diǎn)研究了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位于饋線上的不同節(jié)點(diǎn)對(duì)電壓水平的影響。通過該 112 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)本章還進(jìn)行了風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電機(jī)組位置變化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電放置的位置，對(duì)于配電網(wǎng)電壓分布有很大的影響。 5. 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功率計(jì)算技術(shù)研究 準(zhǔn)入功率的計(jì)算方法 準(zhǔn)入功率是指允許的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電注入電網(wǎng)的功率量，前提是必須保證風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入系統(tǒng)以后，系統(tǒng)仍然能安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地運(yùn)行。把全部因素綜合起來考慮準(zhǔn)入功率，是一個(gè)不現(xiàn)實(shí)的方法，其得出的結(jié)果也不會(huì)具有普遍性。隨著風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量的增加，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)的影響就會(huì)越來越顯著，不僅影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。計(jì)算準(zhǔn)入功率有比較多的方法，常見的有試探法、解析法和數(shù)學(xué)優(yōu)化法?？紤]的是電力系統(tǒng)靜態(tài)安全約束前提下求解風(fēng)力發(fā)電準(zhǔn)入功率，提出了一種基于內(nèi)點(diǎn)法求解該問題的新方法，可見其計(jì)算方法也是優(yōu)化法。揭示了利用 LCT 以及 LDC 來調(diào)節(jié)電壓的傳統(tǒng)方法和風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的輸出功率之間的相互關(guān)系，也提出了在配電網(wǎng)電壓調(diào) 整約束下確定風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電準(zhǔn)入功 率 的一種解析計(jì)算方