風(fēng)光互補對電網(wǎng)輸電服務(wù)價格的影響

闞紅軍+章偉+荊博

摘 要： 風(fēng)電和光電各自出力的不穩(wěn)定性提高了輸電服務(wù)成本，制約了它們的發(fā)展.利用風(fēng)能和太陽能的互補性可提高發(fā)電的可靠性.研究了風(fēng)光互補后對電網(wǎng)輸電服務(wù)價格的影響，提出了考慮可再生能源并網(wǎng)的輸電服務(wù)價格函數(shù)表達式，建立了以該函數(shù)值最小為目標，以系統(tǒng)發(fā)電不足概率（LOLP）和能量缺失率（LPSP）為約束條件的輸電服務(wù)價格優(yōu)化模型.采用粒子群算法對目標函數(shù)進行求解，對風(fēng)光互補前后的輸電服務(wù)價格進行對比，并求出使輸電服務(wù)價格最低的風(fēng)光容量配比.通過對實例系統(tǒng)進行計算，驗證了該方法的有效性，指出風(fēng)光互補能有效地降低輸電服務(wù)價格.

關(guān)鍵詞： 風(fēng)光互補； 可靠性； 電力市場； 輸電服務(wù)

中圖分類號： TK 89文獻標志碼： A

文章編號： 1008-8857（2016）03-0138-05

Abstract： Costs of power transmission service have been increasing due to the instability of wind power and solar energy，which has become a barrier of their developments.Mutualcomplementing of wind and solar could improve their reliability.Influence of windsolar hybrid generation system on the transmission service price was discussed.Considering the grid connected operation of renewable energy，a transmission service price function was proposed.Taking the minimum function value as the objective and the loss of load probability（LOLP） and loss of power supply probability（LPSP） as the constraints，an optimal model for transmission service price was built.Particle swarm optimization was adopted to solve this objective function.Comparison of transmission service price was made before and after the combination of wind and solar and the optimum ratio of wind and solar was found when the lowest transmission service price reached.This case study verified the reliability of this method and pointed out that the windsolar hybrid generation system could effectively reduce the transmission service price.

Keywords： windsolar hybrid generation system； reliability； power market； transmission service

隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，大規(guī)模并網(wǎng)型風(fēng)力和光伏發(fā)電將成為很有前景的發(fā)展方向[1-2].然而，新能源電廠一般建立在內(nèi)蒙古、甘肅等欠發(fā)達地區(qū)，當(dāng)?shù)責(zé)o法消納，必須通過遠距離輸變電線路輸送到負荷中心區(qū)域，而單一的風(fēng)電和光伏出力的波動性及間歇性更易給遠距離輸電網(wǎng)絡(luò)帶來各種不穩(wěn)定性問題，需要增強電網(wǎng)建設(shè)及維護以保證系統(tǒng)的可靠性，這極大地提高了輸電服務(wù)成本，因此，研究新能源發(fā)電對輸電服務(wù)價格的影響有著重要意義[3-5].

風(fēng)能和太陽能有較強的互補性，大型并網(wǎng)風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是新能源發(fā)電及有前途的利用形式[6].與單獨的風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電相比，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)功率輸出更平穩(wěn)，增加了電網(wǎng)對間歇性能源發(fā)電的吸收接納程度[7].目前，很多學(xué)者對風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)自身的投資、運行與維護費用進行了研究，然而少有研究外界因素對其經(jīng)濟性的影響.大規(guī)模可再生能源電能傳輸所需的輸電服務(wù)是電力市場關(guān)注的熱點，降低輸電服務(wù)價格對新能源的發(fā)展十分重要.

本文從發(fā)電出力的角度分析風(fēng)光互補后對電網(wǎng)輸電服務(wù)價格的影響.針對大規(guī)模風(fēng)光互補系統(tǒng)，基于風(fēng)速和光照條件的歷史數(shù)據(jù)，在不同風(fēng)光容量比例的條件下，得到為了維持系統(tǒng)規(guī)定的可靠性所需的備用容量，計算相應(yīng)的輸電服務(wù)價格，同時以輸電服務(wù)價格最低為目標函數(shù)，以可靠性指標為約束條件求解最經(jīng)濟風(fēng)光互補比例.利用風(fēng)光的互補特性減少輸電服務(wù)價格，為推動風(fēng)能和太陽能達到或接近常規(guī)電源的性能，以及進一步評估風(fēng)能、太陽能資源價值提供參考.

設(shè)η為終止條件，基于粒子群算法計算最優(yōu)風(fēng)光容量比例的流程為

（1） 對粒子群初始化，在風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)功率的取值范圍內(nèi)，隨機取每個粒子的值，以及初始化個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解.

（2） 對每個粒子中并網(wǎng)風(fēng)電容量、光電容量和需要備用容量進行變更.

（3） 對每個粒子計算風(fēng)電和光電發(fā)出的功率以及相對應(yīng)的備用容量情況，由此判斷是否滿足電網(wǎng)的可靠性指標.若滿足則計算目標函數(shù)Ft+1，并與粒子個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解進行比較.粒子的當(dāng)前計算值優(yōu)于個體最優(yōu)解時，則粒子當(dāng)前計算值會替換個體最優(yōu)解；若同時優(yōu)于個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解，則全局最優(yōu)解也會被粒子當(dāng)前計算值替換，轉(zhuǎn)至步驟（4）；若不滿足，轉(zhuǎn)至步驟（2）.

（4） 判斷目標函數(shù)是否滿足min Ft+1-min Ft≤η，若滿足則結(jié)束計算，若不滿足則轉(zhuǎn)至步驟（2）繼續(xù)計算.

4 算例分析

本文在已加入風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的某地區(qū)電網(wǎng)測試模型的有效性.根據(jù)該地區(qū)（北緯37°25′）風(fēng)速和光照條件歷史數(shù)據(jù)，以1 a為研究周期，1 h為步長，分別得到風(fēng)速、太陽輻射量和負荷隨時間的變化曲線，如圖2所示.

針對本文算例，設(shè)風(fēng)電和光電的總裝機容量為100 MW，在光電容量比例k為0～1時，計算研究周期內(nèi)等可靠性下的輸電服務(wù)價格，得到的分布曲線如圖3所示.

由圖3可知，與單獨風(fēng)電和光電相比，風(fēng)光互補后，分攤到可再生能源電廠的輸電服務(wù)價格明顯下降.當(dāng)接入風(fēng)電容量60 MW、光電容量40 MW時，其經(jīng)濟性最優(yōu).對比結(jié)果如表1所示.

光電系統(tǒng)、風(fēng)電系統(tǒng)及風(fēng)光互補系統(tǒng)所承擔(dān)的輸電服務(wù)費用分別為0.27、0.29、0.22 元·（kW·h）-1.風(fēng)光互補彌補了獨立風(fēng)電和光電的不足，有效減少了輸出功率的波動和電力供應(yīng)中斷的問題，可向電網(wǎng)提供更加可靠的電能，同時減少了備用容量的使用.通過對比發(fā)現(xiàn)，相比于單一類型機組參與的發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)光互補系統(tǒng)輸電服務(wù)費用分攤得要低些.

5 結(jié) 論

單獨的風(fēng)電和光電系統(tǒng)很難保證穩(wěn)定的電能輸出，風(fēng)光互補后能有效提高出力的安全可靠性.輸電是影響可再生能源發(fā)電資源價值的重要因素之一.分別計算了光電系統(tǒng)、風(fēng)電系統(tǒng)及風(fēng)光互補系統(tǒng)三種情況下待定機組所分攤的輸電費用，得出風(fēng)光互補后輸電服務(wù)費用降低的結(jié)論，證明了本文所用模型的有效性.合理的輸電價格會給參與電力市場的各成員提供準確的經(jīng)濟信號，有利于輸電資源的優(yōu)化使用，提高了風(fēng)電和光電資源的價值，在一定程度上提高了可再生能源發(fā)電進入市場競爭的能力，促進了社會發(fā)展中新能源的推廣和普及.

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