風水協同運行現狀研究

李大鵬+楊秀媛+張利+王蒙

摘要：風電和水電是最具前景的可再生能源，兩者互相結合的風水協同運行正在成為當今新能源研究領域的熱點課題。為了充分學習已有的研究成果，并展開對風水聯合發電更有效的研究，本文回顧了風水協同運行的發展歷史，對風水協同運行的控制方法進行了總結與歸納。

關鍵詞：風電；水電；風水協同運行

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0136-02

一、風水互補的可行性研究

由于自然風的隨機性和不確定性，使得風電具有了波動性與間歇性的缺點，這給電網的穩定運行以及電能質量帶來了較大的影響，同時也給風電場發電和運行計劃的制定帶來很多困難。[1，2]水電在時間的分布上卻能夠極大的彌補風電的不足，我國的大部分地區，夏秋時節風速較小，風電場的輸出低，而此時正是雨季，雨量較大，水電站正好可以滿足風電的負荷。而冬春季節，雨量較少，水庫存水不足，水電站的輸出不夠，而這時風電場的輸出較大，能夠完美地滿足水電場輸出的負荷。

文獻[3]對風力發電和水力發電的數學模型進行了數學計算，從供電率的增長和成本的減少兩個主要關鍵進行論證，對已建成的小水電站用風電協同和待建的風電、水電站展開合理的規劃，并通過具體的算例分析，驗證了風水聯合發電的可行性和后續發展。文獻[4]根據云南省風電、水電的出力特性分析不同代表年風水互補協調運行的可行性，風電水電可以協調發展取長補短，提高電網供電的穩定性和經濟性。文獻[5-6]根據新疆阿勒泰地區的風能水能資源，構建該地區風電、水電互補系統，并進行潮流計算，驗證了解決電網調峰及冬季穩定供電問題的正確性和可行性。

二、抽水蓄能電站和風電的聯合運行

由于風電的隨機性、間歇性，波動性難以穩定，使得大規模的風電并網造成了極大的困難，而儲能系統能夠合理的吸收能量并實時地釋放出來的特點有效彌補風電的隨機性和波動性，使得改善風電場輸出功率成為了可能。儲能系統能夠通過輸出正功率或負功率將風電的輸出功率變得穩定，間接地將風電可控化，將電能質量相對地提高。儲能系統和風電聯合共同供電將是未來風電發展的一大方向。[7，8]

文獻[9][10]根據能量轉換的形式對儲能技術進行了分類，并指出常見的儲能方式，抽水蓄能在現在儲能方式上占據著主要的地位。文獻[11]提出了風力發電—抽水蓄能—海水淡化綜合系統。建立了系統的數學模型，并對系統進行智能控制，搭建了控制系統硬件平臺，提出了智能控制策略通過對數據的實時分析來判斷整個系統的運行狀態，通過對整個系統的智能化調度確保了綜合系統運行的高效性和可靠性。文獻[12]提出了風電與水電站聯合運行的日內優化策略，通過水電站的抽水蓄能能力來抑制風電的波動性和不穩定性，從而使風電場運行和水電場的協同運行更加合理，利益最大化。

對于風能資源豐富的地區，抽水蓄能電站的建設不但具有具重大的經濟價值，還能推動技術的發展，使得兩種清潔能源聯合發展。不過對于一個風電場需要搭配一個多大容量的抽水蓄能電站與之協同運行，這一系列問題還需要未來的學者專家們共同探討。

三、常規水電站和風電的聯合運行

目前大部分的研究都集中在風電與抽水蓄能的聯合運行。但是，當前的電力系統中，絕大部分的水電都是常規水電，若僅僅為了風電并網而建造抽水蓄能電站不符合系統的經濟效益。在風電大規模的并網情況下，風電裝機容量在電網中的比重逐步增加，參與電網調頻電源容量的比例顯著下降，相應容量的調頻電源需要同步的匹配增加。[13]文獻[14]結合我國西北地區風電，水電資源充沛、調節性好的特點，提出了以水電優先為風電進行調峰，火電其次作為補償的調節方法。該方法先根據水風協調運行原理推導水電可平衡的風電出力，再通過模擬的計算程序和算法計算出火電為風電提供的補償能力，驗證了其可行性。文獻[15]以東北電網桓仁水電廠為例，從發電量及其調峰對風電消納貢獻效益最大化的角度出發，討論了常規水電的年度運行方式的制定原則，建立了考慮水電為風電調峰的聯合運行優化數學模型。文獻[16]通過常規水電站與風電的協同運行，來抑制風電具有負荷時跟蹤時間上的隨機性和不確定性，提高了風電的利用效率，增長了經濟效益。文獻[17]建立了風水聯合調度的數學模型，得出聯合調度模型不管是在保障風電上網、提高線路傳輸容量的利用率、改善聯合體的整體經濟效益等方面，都比獨立運行模型要優越。這證明聯合調度模型具有可行性和實用性。

總之水電廠對于對風力發電的波動性和隨機性具有良好的調節作用，風水聯合運行不但具有理論意義，更具有經濟效益。實現風電場和水電廠聯合運行將是解決大規模風電并網問題的一個有效途徑。

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Review and Prospect of the Wind and Hydro Power Coordinating Operation

LI Da-peng，YANG Xiu-yuan，ZHANG Li，WANG Meng

（Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China）

Abstract：Wind power and d hydro power is one of the most promising renewable energy.Wind and hydro power coordinating operation which combine both of them is becoming the hot topic in the field of new energy.In order to study the research results within the field and conduct more in-depth exploration on it.This article reviews the history of the development of wind and hydro power coordinating operation.The existing control methods of wind and hydro power coordinating operationwere was summarized systematically.The problems which should be solved forwind and hydro power coordinating operationwere proposed.

Key words：wind power；hydro power；wind and hydro power coordinating operation