區(qū)域電網(wǎng)對風電消納適應性評價研究

趙雷雷，郝文波

(黑龍江省電力科學研究院，哈爾濱 150030)

目前中國采取了多種措施來提高風電的消納能力，但由于風電場大多距離負荷中心較遠，并且風電出力具有隨機性和間歇性，給電網(wǎng)調(diào)度和調(diào)峰帶來一定的困難。

當前針對風電接納的研究多集中在電網(wǎng)對風電接納容量的計算［1－7］。由于不同區(qū)域電網(wǎng)之間的特性不同，導致了風電接納風力不同，接納容量的計算無法描述電網(wǎng)接納的風電是否合理和與電網(wǎng)相匹配。這就要求研究一個新的評價方法，既可以對某個區(qū)域電網(wǎng)進行研究，找出影響接納能力的關鍵因素，同時也可以在不同電網(wǎng)間進行比對，進而指導電網(wǎng)的規(guī)劃與建設。

本文研究考慮調(diào)峰因素和聯(lián)絡線功率輸送極限因素影響下的電網(wǎng)接納風電能力計算，在此基礎上進一步提出了評價指標，最終形成完整的電網(wǎng)對風電消納適應性評價體系。

1 風電消納能力計算

1.1 調(diào)峰容量計算

調(diào)峰容量的計算公式為

式中:Ppeakload為全網(wǎng)總調(diào)峰容量;PGN為全網(wǎng)發(fā)電開機容量;PGN.min為全網(wǎng)發(fā)電開機最低出力;PG.real.max為全網(wǎng)最大發(fā)電負荷;KGen為廠用電率;KLoss為網(wǎng)損率;Preserve為全網(wǎng)總備用容量;PLoad.max為全網(wǎng)用電負荷;PTransmin為聯(lián)絡線功率;KG.adjust為全網(wǎng)發(fā)電平均可調(diào)出力。

1.2 調(diào)峰裕度計算

調(diào)峰裕度計算公式為

將當日負荷特性曲線和聯(lián)絡線最大可變化功率ΔPTrans引入到電網(wǎng)調(diào)峰容量中，可求出系統(tǒng)的調(diào)峰裕度為

式中:Pm為調(diào)峰裕度;PTransmin為聯(lián)絡線最小保證功率;PTransmax為聯(lián)絡線可傳輸最大功率。

1.3 風電消納容量計算

圖1為日風電預測出力曲線。

圖1 風電出力預測

預測風電功率在負荷曲線與機組最低出力之間即認為此部分風電可消納，當預測風電功率超過負荷曲線時，即認為此時超出調(diào)峰裕度，需要棄風。

式中:Pwf為風電預測出力;Pw為風電可消納容量。

2 電網(wǎng)對風電消納適應性評價體系

2.1 評價指標定義

定義4個評價指數(shù):

βP為基于電網(wǎng)裝機的風電消納適應性評價指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同裝機規(guī)模、不同電源結(jié)構下的風電消納能力。

βS為基于電網(wǎng)規(guī)模的風電消納適應性評價指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同輸變電規(guī)模、不同電能輸送能力下的風電消納能力。

βL為基于電網(wǎng)用電負荷的風電消納適應性評價指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同負荷水平、不同負荷特性下的風電消納能力。

Ψ為電網(wǎng)對風電消納適應性的綜合評價指數(shù)，表征了電網(wǎng)綜合考慮裝機規(guī)模、電網(wǎng)輸送規(guī)模以及負荷水平后的總體風電消納能力。

2.2 評價指標計算模型

2.2.1 基于電網(wǎng)裝機的風電消納適應性評價指數(shù)(βP)

βP按下式計算:

式中:PW為系統(tǒng)計算出的電網(wǎng)可接納風電容量;PD為電網(wǎng)的等效裝機容量。

各電網(wǎng)的裝機容量以及機組類型存在差異，機組類型的不同直接導致電網(wǎng)調(diào)峰能力的不同，因此定義電網(wǎng)的等效裝機容量PD。目前電網(wǎng)的機組類型從調(diào)峰角度主要分為:抽水蓄能機組、水電機組、燃油(汽)機組、燃煤機組、供熱機組、核電機組、聯(lián)絡線功率以及風電機組。其中電網(wǎng)等效裝機容量計算主要考慮各種類型機組的調(diào)峰能力，風電機組不參加計算，核電機組承擔基荷，聯(lián)絡線功率無調(diào)峰能力，也不參加計算。剩下的抽水蓄能機組、水電機組、燃油(氣)機組、燃煤機組、供熱機組參加電網(wǎng)等效裝機容量計算。抽水蓄能機組具有高峰時發(fā)電，低谷時抽水蓄能的特點，因此調(diào)峰深度可達到裝機容量的200%;水電機組開機迅速靈活，調(diào)峰深度能達到裝機容量的100%;燃油(氣)機組調(diào)峰深度可達到裝機容量的70%;燃煤機組的調(diào)峰深度為裝機容量的50%;供熱機組調(diào)峰深度一般為裝機容量的20%。因此電網(wǎng)的等效裝機容量PD按下式進行計算:

式中:PC為電網(wǎng)內(nèi)抽水蓄能機組裝機容量;PS為電網(wǎng)內(nèi)水電機組裝機容量;PQ為電網(wǎng)內(nèi)燃油(氣)機組裝機容量;PM為電網(wǎng)內(nèi)燃煤機組裝機容量;PR為電網(wǎng)內(nèi)供熱機組裝機容量。

由于目前電網(wǎng)內(nèi)抽水蓄能機組裝機容量較少，PD基本小于電網(wǎng)內(nèi)的實際裝機容量。

在電網(wǎng)等效裝機容量計算的基礎上，即可得到基于電網(wǎng)裝機的風電消納適應性評價指數(shù)(βP)。由于不同類型機組的調(diào)峰深度不同，一般計算出來的βP小于1。

2.2.2 基于電網(wǎng)規(guī)模的風電消納適應性評價指數(shù)(βS)

βS按下式計算:

式中:PW為系統(tǒng)計算出的電網(wǎng)可接納風電容量;SBR為電網(wǎng)的變電容量。

這里SBR主要考慮風電接入電網(wǎng)的變電容量，由于風電場主要在35 kV及以上電壓等級接入，所以有下面計算公式:

式中:S35、S110(66)、S220、S500(330)、S750為電網(wǎng) 35 kV 變電容量、110(66)kV變電容量、220 kV變電容量、500(330)kV變電容量、750 kV變電容量。

在計算得到變電容量后，即可求得βS，通常計算出來的βS小于1。

2.2.3 基于電網(wǎng)用電負荷的風電消納適應性評價指數(shù)(βL)

βL按下式計算:

式中:PW為系統(tǒng)計算出的電網(wǎng)可接納風電容量;PLave為電網(wǎng)日平均負荷。

2.2.4 電網(wǎng)對風電消納適應性的綜合評價指數(shù)(Ψ)

電網(wǎng)裝機規(guī)模、用電負荷水平、電網(wǎng)規(guī)模是影響電網(wǎng)接納風電的最主要因素，定義電網(wǎng)對風電消納適應性的綜合評價指數(shù)(Ψ)，從以上三個角度對電網(wǎng)接納風電進行整體、綜合評價。

Ψ按下式計算:

式中:Ψ為電網(wǎng)對風電消納的適應度評價指數(shù)，介于［0，1］之間;a1、a2、a3可通過德爾菲法得到。

3 風電消納適應性評價系統(tǒng)建立

在建立了完整的電網(wǎng)對風電消納能力適應性評價指標體系的基礎上，可以建立評價系統(tǒng)，實現(xiàn)對電網(wǎng)風電消納適應性動態(tài)評價功能。

1)監(jiān)測功能模塊。主要包括兩個方面的監(jiān)測內(nèi)容，分別為風電場側(cè)監(jiān)測指標和電網(wǎng)側(cè)監(jiān)測指標。風電場側(cè)監(jiān)測指標主要包括風電裝機、上網(wǎng)電量、歷史最大風電消納容量;電網(wǎng)側(cè)監(jiān)測指標包括總裝機容量、開機方式、最大負荷以及電網(wǎng)運行方式等數(shù)據(jù)。

2)分析功能模塊。主要是從電網(wǎng)調(diào)峰能力出發(fā)，計算電網(wǎng)可接納的風電容量。具體包括實時數(shù)據(jù)分析、歷史數(shù)據(jù)分析、敏感性分析和預測分析。

3)評價功能模塊。此模塊將綜合考慮影響電網(wǎng)接納風電的多個因素，建立評價指標模型，按照預定計算周期自動計算各項評價指標，通過與標桿指標對比，對電網(wǎng)接納風電的適應性進行評價，分析查找關鍵因素。

4 結(jié)語

通過對影響電網(wǎng)接納風電的關鍵因素分析，建立一個完整的電網(wǎng)對風電消納適應性評價體系，能夠有效地對不同規(guī)模、不同特性的電網(wǎng)進行風電接納能力評價，進而改進電網(wǎng)、促進接納能力的提升。

［1］ MORALES J M，CONEJO A J，PEREZ RUIZ J.Economic Valuation of Reserve in Power System With High Penetration of Wind Power［J］.IEEE Trans.on Power Systems，2009，24(2):900－910.

［2］ YANG Xia，SONG Yonghua，WANG Guanghui，et al.A Comprehensive Review on the Development of Sustainable Energy and Implementation in China［J］.IEEE Trans.on Sustainable Energy，2010，1(2):57－65.

［3］ 張麗英，葉延路，辛耀中，等.大規(guī)模風電接入電網(wǎng)的相關問題及措施［J］.中國電機工程學報，2010，30(25):1－9.ZHANG Liying，YE Yanlu，XIN Yaozhong，et al.Problems and measures of power grid accommodating large scale wind power［J］.Proceedings of the CSEE，2010，30(25):1 －9.

［4］ 肖創(chuàng)英，汪寧渤，丁坤，等.甘肅酒泉風電功率調(diào)節(jié)方式的研究［J］.中國電機工程學報，2010，30(10):1－7.XIAO Chuangying，WANG Ningbo，DING Kun，et al.System power regulation scheme for Jiuquan wind power base［J］.Proceedings of the CSEE，2010，30(10):1 －7.

［5］ 朱凌志，陳寧，韓華玲.風電消納關鍵問題及應對措施分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，35(25):29 －34.ZHU Lingzhi，CHEN Ning，HAN Hualing.Key problems and solutions of wind power accommodation［J］.Automation of Electric Power Systems，2011，35(25):29 －34.

［6］ 王芝茗，蘇安龍，魯順.基于電力平衡的遼寧電網(wǎng)接納風電能力分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34(3):86－90.WANG Zhiming，SU Anlong，LU Shun.Analysis on capacity of wind power integrated into Liaoning power grid based on power balance ［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34(3):86－90.

［7］ 陳啟鑫，康重慶，夏清.碳捕集電廠的運行機制研究與調(diào)峰效益分析［J］.中國電機工程學報，2010，30(7):22 －28.CHEN Qixin，KANG Chongqing，XIA Qing.Operation mechanism and peak－load shaving effects of carbon－capture power plant［J］.Proceedings of the CSEE，2010，30(7):22 －28.