基于持續負荷理論的風電源系統備用容量研究

摘 要：文章主要以風電源的輸出功率的隨機性和不確定性作為出發點，通過含風電源的電力系統的調度方式和傳統型的調度方式存在的差異進行分析，提出了滿足風電源特性的電力系統調度的具體內容；運用了等效持續負荷曲線和風電預測誤差的相關性，求解該系統中的備用容量問題。

關鍵詞：電力系統調度；備用容量；風能誤差

前言

隨著電力市場的發展，風電被逐漸的引入到電力系統當中作為電源的一種類型。大規模風電并網后增加了系統調峰、調頻、聯絡線功率調節以及系統備用等各方面系統調度運行的難度。論文[3]考慮到風電出力具有隨機性和波動性，電力系統的備用容量中考慮風電的功率預測誤差作為備用容量的一部分。論文[4]提出了組合預測算法，對風電預測方法進行了優化，可以合理的減少系統的容量。未從系統的角度出發做出調整，風電加入電力系統以后調度運行方案還需要具備更合理的備用容量方便調峰，并且要合理安排常規能源電源的發電計劃，因此，不僅從風電功率預測本身出發，還要考慮系統本身資源的合理分配等問題，風電源的引入需要對傳統的電力系統的調度調整包括三個方面：（1）風電消納能力的分析；（2）日前發電計劃編制和常規能源的優化配置；（3）含風電源的電力系統備用容量的確定原則。

1 風電消納能力的分析

由于風電出力具有隨機性、波動性，而風電集的調峰資源有限，不能跟蹤快速波動的風電出力，無法消納所有風電；我們需要通過其它能源來增加系統的調峰備用，這樣才能應對風電的快速波動。只有考慮擴大風電的利用范圍來消納風電才能減少限風的電力電量，提高風電的利用率。

風電的跨區消納將增加區域間聯絡線上傳送功率的大幅度波動，以傳統水電、火電機組為基礎的區域間聯絡線電量結算方式將導致區域電網電能質量產生偏差，仍然采用原有的功率傳輸管理模式將使得很多情況下不得不采取限制風電來保證系統的安全穩定運行。

2 含風電源電力系統的備用容量確定

不少學者對于備用容量的制訂有過不少研究，分別從經濟性和安全穩定性兩方面分別展開研究，將水電、火電等常規能源和風電聯系在一起進行容量配定分析，并且采用智能算法等進行優化計算，通過算例表明，上述模型通過智能方法計算出的結果優化的區間過大。而本論文中采用的等效持續負荷曲線的方法是將風電廠中風電機組功率預測誤差單獨作為目標函數進行建模分析，因此僅用此因子建立目標函數，進而用粒子群算法進行優化計算，可以有效地避免優化區間過大的問題，有效的減小容量配置區間。

風力發電的不確定性使得系統備用容量把握難度加大。因為負荷有非常強的規律性，負荷預測的誤差規律受到廣泛關注，論文[6]認為該理論的相關研究比較成熟，誤差范圍大約在2～5%。而風電功率預測誤差的制約因素較多，預測的誤差范圍偏大，且隨天氣變換有很強的隨機性，所以誤差范圍很難用確定數值描述。圖1所示，風電功率預測的誤差范圍集中在±20%以內，且主要分布在±15%以內。

2.1等效持續負荷曲線下的風電廠備用容量

等效持續負荷曲線指的是將發電機組的隨機故障影響當成等效負荷，對原始持續負荷曲線不斷進行修正 。所以有必要將系統中常規機組的隨機故障損失的負荷等效成風電預測誤差，來修正原始負荷。

3 算法計算

算例數據：甘肅地區風電場一年的各個月的出力數據分析，運用上述計算方法計算出甘肅地區風電廠的最大負荷備用率，該電廠風電場規模為33臺，單臺1.5MW的風電機組，誤差選取0.15-0.30之間的隨機數 ，風電機組出力系數為0.95。

由圖像和表格中數據分析可得：

（1）在該地區每年4-5月期間，有比較大的風速變化趨勢，風能利用率比較低，則在該時段內電網中的備用容量應被加大，而在其它的時間內備用容量則應適當減少，使系統的備用容量可達最優配額。

（2）所求得的最優備用容量都在滿足的誤差范圍之內。

（3）按照電力系統總備用容量的要求，一年內總的備用容量下降了約17%。

根據《風電功率預測系統功能規范》要求，單個風電場短期預測均方根誤差應小于20%，實際中，大范圍風電功率具有平滑效應，全網可保守地取風電功率預測誤差為20%，與負荷預測誤差疊加后再與全網最大機組相比較，兩者取大值作為備用容量。

通過計算所得，滿足系統規范要求，并優化了規范數值。

4 結束語

通過以上分析和計算可知：（1）含風電源的電力系統的備用容量的確定，主要原因是由于風電功率的預測誤差引起的，有效的提高風電功率的預測誤差值是提高各風電場運行安全的重要保證。（2）風電資源的利用要合理的選擇，合理的棄風會可以提升系統的安全性。

參考文獻

[1]譚倫農，張保會.市場環境下的事故備用容量[J].中國電機工程學報，2002，22（11）：54-58.

[2]劉振華，陳磊，閔勇等.含風電的節能發電調度實用化模型[J].中國電力，2011，44（6）：52-57.

[3]雷亞洲.與風電并網相關的研究課題[J].電力系統自動化，2003，27（8）：84-89.

作者簡介：何佳，男，陜西渭南人，碩士在讀，助理工程師，從事電力系統生產技術管理工作。