分布式電源大量接入對(duì)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響分析

張樹杰

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴州貴陽550002）

分布式電源大量接入對(duì)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響分析

張樹杰

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴州貴陽550002）

隨著分布式電源的迅速發(fā)展，分布式電源總裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量中的占比不斷加大，其出力特有的隨機(jī)性、季節(jié)性，對(duì)電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量將提出新的要求。通過擬合典型方式下的負(fù)荷曲線和電源出力曲線，建立等效持續(xù)負(fù)荷曲線，分析分布式電源的不同占比對(duì)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響。

分布式電源；旋轉(zhuǎn)備用容量；等效持續(xù)負(fù)荷

引言

分布式電源，是指位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，以10kV及以下電壓等級(jí)接入電網(wǎng)，且單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量不超過6MW的發(fā)電項(xiàng)目。包括太陽能、天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、資源綜合利用發(fā)電等類型[1]。目前國(guó)內(nèi)分布式能源主要發(fā)展方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電受氣候影響較大，出力不穩(wěn)定，需要系統(tǒng)提供額外的旋轉(zhuǎn)備用容量。本文以等效負(fù)荷曲線為基礎(chǔ)，分析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)引起的電力系統(tǒng)備用容量需求變化。

1 等效持續(xù)負(fù)荷曲線

等效持續(xù)負(fù)荷曲線是將發(fā)電機(jī)的隨機(jī)故障影響當(dāng)成等效負(fù)荷對(duì)原始負(fù)荷曲線不斷修正的結(jié)果[2]。圖1中，建立電力系統(tǒng)年負(fù)荷曲線g（0）（t）。單對(duì)系統(tǒng)中一個(gè)單位電源進(jìn)行分析，若該單位裝機(jī)容量為C1，強(qiáng)迫停運(yùn)率為q1，則考慮該單位電源隨機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn)后，等效持續(xù)負(fù)荷曲線為：

當(dāng)該單位電源全停后，等效持續(xù)負(fù)荷曲線即為：

圖1 1個(gè)單位電源的等效持續(xù)負(fù)荷曲線

對(duì)同時(shí)具有i個(gè)單位電源的電力系統(tǒng)而言，由于全年負(fù)荷并非恒定，對(duì)具有i個(gè)單位電源的電力系統(tǒng)而言，分析可視為：在不同負(fù)荷時(shí)段，投入n個(gè)單位電源以滿足電力系統(tǒng)電力需求，n∈[1，i]。其正常運(yùn)行方式下

的等效持續(xù)負(fù)荷曲線為：

則i個(gè)單位電源的電力系統(tǒng)等效持續(xù)負(fù)荷曲線如圖2所示。

圖2 i個(gè)單位電源的等效持續(xù)負(fù)荷曲線

2 旋轉(zhuǎn)備用容量率計(jì)算

受電源機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)影響，實(shí)際投運(yùn)容量減小。在考慮所有機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)情況下，損失電源裝機(jī)的最大值，即可視為電力系統(tǒng)所需備用容量值。即具有i個(gè)單位電源的電力系統(tǒng)，所需備用容量：

當(dāng)n=i時(shí)，備用容量得到最大值C（imax），即系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí)g（max）。電源旋轉(zhuǎn)備用率達(dá)到最大

3 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

由上述分析可知，單位電源強(qiáng)迫停運(yùn)率qi對(duì)電力系統(tǒng)備用容量的多少具有決定性作用，對(duì)組成電源性質(zhì)較為單一的電力系統(tǒng)，qi越低，旋轉(zhuǎn)備用容量率δ相應(yīng)越低。對(duì)各種不同性質(zhì)電源構(gòu)成的電力系統(tǒng)，分析可視為相同性質(zhì)的電源為一個(gè)單位電源，則qi較低的單位容量占比越高，備用容量率δ相應(yīng)越低。

3.1 火電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

根據(jù)全國(guó)10萬kW及以上火電機(jī)組可靠性指標(biāo)分析[3]，單臺(tái)機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)約0.7次/臺(tái)年，非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間約50h/臺(tái)年，等效可用系數(shù)約92%。對(duì)多機(jī)組組成的火電系統(tǒng)，在此粗略分析火電機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率為：

qi=1-0.92=0.08

表1 全國(guó)10萬kW及以上火電機(jī)組可靠性指標(biāo)

假設(shè)電源構(gòu)成全為火電的電力系統(tǒng)，最大負(fù)荷100MW，則最大旋轉(zhuǎn)備用C（imax）為：

3.2 風(fēng)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

風(fēng)電與火電不同，非計(jì)劃停運(yùn)除風(fēng)機(jī)故障外，還包括風(fēng)力不足等自然情況以及各種因素下的棄風(fēng)切機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年全國(guó)風(fēng)電平均年利用小時(shí)數(shù)為1920h[4]。對(duì)單臺(tái)風(fēng)機(jī)而言，出力主要受瞬時(shí)風(fēng)速影響，理論出力波動(dòng)一般在裝機(jī)容量的0～80%之間，對(duì)多臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的電源系統(tǒng)，理論出力波動(dòng)約在總裝機(jī)容量的20～60%之間[5]。因此，對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)而言，全年發(fā)電均為非計(jì)劃降低出力運(yùn)行。估算單臺(tái)風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn)率為：

假設(shè)電源構(gòu)成全為風(fēng)電的電力系統(tǒng)，最大負(fù)荷100MW，則最大旋轉(zhuǎn)備用為：

由計(jì)算可知，由于單臺(tái)風(fēng)機(jī)出力遠(yuǎn)低于風(fēng)機(jī)額定容量，因此前文提出的約束條件實(shí)際是無法得到滿足的，對(duì)電源旋轉(zhuǎn)備用的要求會(huì)非常高。因此，風(fēng)電等不可控分布式能源并不適合作為系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用。

4 電源構(gòu)成對(duì)旋轉(zhuǎn)備用的影響

由上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)電力系統(tǒng)中風(fēng)電占比由1～20%進(jìn)行計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用總量，假設(shè)系統(tǒng)總負(fù)荷為100MW，以火電、風(fēng)電分別作為兩個(gè)單位電源計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2計(jì)算中，由于火電風(fēng)電單獨(dú)計(jì)列，由火電作為火電裝機(jī)的備用，風(fēng)電作為風(fēng)電裝機(jī)的備用，因此隨著風(fēng)電裝機(jī)比例增長(zhǎng)系統(tǒng)需求的選裝備用容量增長(zhǎng)極快，這是由風(fēng)電出力性質(zhì)所決定。

而在實(shí)際運(yùn)行中，旋轉(zhuǎn)備用容量一般由火電承擔(dān)，對(duì)上表進(jìn)行一定修正可得表2。

通過修正結(jié)果可以看出，風(fēng)電裝機(jī)比例超過10%以上，系統(tǒng)需求旋轉(zhuǎn)備用率已超過15%，在實(shí)際運(yùn)行中，受其他不可控因素影響，對(duì)旋轉(zhuǎn)備用率的要求將會(huì)進(jìn)一步提高。一定程度上影響了電網(wǎng)的運(yùn)行成本和可靠性。

5 結(jié)論

風(fēng)電等不可控分布式電源的接入將提高電力系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量，當(dāng)該類電源裝機(jī)規(guī)模達(dá)到一定比例時(shí)，將對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性造成影響。在當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰及備用的前提下，對(duì)分布式電源的大量接入需謹(jǐn)慎，避免盲目擴(kuò)張。

表2 不同電源構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)備用容量計(jì)算

表3 不同電源構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)備用容量計(jì)算修正

[1]關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見.國(guó)家電網(wǎng)公司，2013.

[2]錫凡，王秀麗，陳皓勇.電力市場(chǎng)基礎(chǔ)[M].陜西：西安交通大學(xué)出版社，2013：41～45.

[3]2011年電力安全監(jiān)管情況報(bào)告.國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)，2012.

[4]國(guó)家能源局關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)和消納工作有關(guān)要求的通知.國(guó)家能源局，2012.

[5]龍志，張樹杰，等.華能貴州韭菜坪風(fēng)電場(chǎng)（一期）工程接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)，2009.

TM715

A

1004-7344（2016）24-0068-02

2016-8-7

張樹杰（1987-），男，貴州貴陽人，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃研究工作。