高比例新能源并網運行對山西電網調度運行管理的影響

衛鵬杰

（國網山西省電力公司電力調度控制中心， 山西 太原 030001）

1 山西電網新能源裝機預測及面臨的問題

1.1 山西電網新能源裝機概況及預測

根據國家能源局新能源并網“應并盡并”的原則，2020 年底山西的電網直調新能源裝機已經達2 820.1 萬kW，其中風電裝機 1 874.3 萬kW、光伏裝機 945.8 萬kW。 山西省調直調裝機容量為7 870.58 萬kW， 新能源裝機占直調裝機容量的35.83%。 根據2009 年—2020 年新能源并網投產情況可知， 近10 年山西電網年均投產新能源裝機容量為300 萬kW，其中風電年均投產200 萬kW，光伏年均投產100 萬kW。

考慮山西省調直調山西機組切改、暫不考慮直調火電機組投產情況， 依據近10 年年均新能源投產水平預測，到2022 年底，山西電網省調直調新能源裝機將達到3 420 萬kW， 新能源裝機容量占省調直調裝機容量的41.08%；“十四五”末，山西電網省調直調新能源裝機容量將達到4 320 萬kW，新能源裝機占省調直調裝機容量的48.79%。

1.2 山西電網新能源運行新特性

2017 年—2019 年山西省調直調新能源出力創新高時出力、 負荷情況如表1 所示。 由表1 可知，2017 年—2020 年山西省調直調新能源裝機容量逐年攀升，山西省調直調新能源出力共18 次創新高，其中 2017 年 4 次、2018 年 4 次、2019 年 2 次、2020年8 次。新能源出力創新高時新能源出力與該時刻統配用電負荷比由32%上升至65%，呈逐年遞增趨勢；新能源出力占新能源裝機容量比由60%多上升至80%多。 由此可見，山西電網正面臨高比例新能源并網引發的新能源消納、 發電企業并網運行管理、電力平衡等山西電網調度運行管理若干新問題或者問題的新特點。

表1 2017—2019 年山西省調直調新能源出力創新高時出力、負荷表

2 高比例新能源并網運行對山西電網調度運行管理的影響

2.1 新能源出力波動性對省調統配用電負荷預測的影響

2020 年底山西省調直調風電裝機1874.3 萬kW、光伏裝機945.8 萬kW，根據“統配用電負荷波動=-170.769 555 6×風電波動系數-460.172 888 9×光伏波動系數”[1]計算的山西省調直調新能源出力波動對山西統配用電負荷的影響如表2 所示。

表2 2020 年山西省調直調新能源最大出力、統配用電負荷波動預測表

由表2 可知， 山西統配用電負荷波動值約在-60.36 萬 kW 到 4.35 萬 kW 之間，新能源出力波動性對山西統配用電負荷預測產生了較強的影響。

2.2 高比例新能源并網運行對山西電網電力平衡的影響

山西省調進行日前（周）電力平衡計算時，因受天氣因素變化及新能源功率預測準確率相對較低的影響，難以準確獲取高峰、低谷、平峰時刻省調直調新能源出力， 進而無法準確將新能源出力計入電力平衡。在省調直調新能源并網容量較小時，不計入電力平衡不會對機組開機組合、 電量完成產生較大影響。 當省調直調新能源裝機容量占比超過一定比值時（比如40%），計算電力平衡若不計入新能源出力，將會對機組開機組合、電網調峰、新能源消納產生很大影響[2-3]。 如果日前電力平衡時省調直調新能源出力按經驗值（預測值）計算，而日內電力平衡時省調直調新能源出力按實際值計算，則會因日前、日內計算方式不同造成日前、 日內電力平衡計算結果差異較大的問題。為了消弭新能源出力波動性，如果新能源出力大，勢必需要多開機組確保電力可靠供應，從而導致日內高峰時段電網旋轉備用容量偏大， 而低谷時段新能源消納困難的現象。為了解決上述矛盾，電力平衡控制模式需由“省網獨立平衡，區域電網兜底，極少數情況全國網平衡”模式逐步轉變為“區域電網區域內平衡，全國網大兜底互濟”模式。

2.3 高比例新能源并網運行對山西現貨市場運行的影響

大容量、高比例新能源并網運行后，尤其是接入電網110 kV 系統及以下的新能源出力波動性、隨機性加大了山西電網母線負荷96 點預測曲線的預測難度， 母線負荷預測偏差可能導致現貨市場節點電價偏離實際，誤發市場價格信號；接入220 kV 系統的新能源出力波動性， 一定程度影響著局部電網的潮流分布， 進而影響機組出力， 影響市場成員收益。山西電網統配用電負荷96 點預測曲線作為現貨市場出清邊界條件及公共信息，大容量、高比例新能源的波動性直接影響統配用電負荷96 點預測曲線的準確率，一定程度上影響著市場成員決策，影響日前、日內現貨市場出清邊界，從而影響現貨市場出清結果，導致日前、日內現貨市場結算偏差，某種程度上增加了現貨市場不平衡資金的產生， 影響了市場成員收益。

2.4 高比例新能源并網運行對山西發電企業運行管理的影響

在“區域電網區域內平衡互濟，全國網大兜底互濟”模式下，對山西省電力平衡、電網調峰能力提出了更為嚴格的要求， 對省調直調機組穩定運行、持續調峰性能提出更為苛刻的要求。火電機組既要能頂高峰出力，又要能長周期持續深度調峰。長周期持續性深度調峰將對機組燃料管理、 運行維護提出更高的要求。 截至2020 年底，山西省調共有33 臺、1 325 萬kW 燃煤火電機組（占省調火電裝機容量的28.15%）完成靈活性改造，釋放供熱期深度調峰容量234 萬kW，非供熱期深度調峰容量203 萬kW，有效提升了電網調峰能力和新能源消納能力。如果新能源持續大容量并網，山西電網常規機組發電空間將進一步受到擠壓， 迫使更多發電企業加入靈活性改造行列，通過提供深度調峰的服務，獲取收益，維持生產運行。

3 相關建議

3.1 不斷提高新能源功率預測準確率

提高風電、 光伏功率預測準確率極為重要，不僅涉及發電企業并網運行管理， 同時影響著日前、日內電力平衡，影響現貨市場成員收益。 建議山西省調、 各新能源發電企業綜合考慮局地微氣象、風機檢修、跳閘等因素，不斷提高風電、光伏新能源功率預測準確率，逐步降低新能源波動對統配用電負荷的影響，降低新能源預測不準導致的日前、日內平衡偏差問題。

3.2 積極探索新能源出力納入電力平衡機制

不斷提高新能源功率預測準確率，積極探索3日及多日新能源出力計入電力平衡計算的新機制，逐漸消弭日前、日內電力平衡計算差異，為科學、合理計算開機容量、調度機組開機、編制機組出力曲線奠定基礎。

3.3 根據調峰需求適時優化輔助服務市場補償規則

大容量、高比例新能源并網運行出力波動性導致機組開機容量難以精確計算，為了更好地消納新能源，必須充分利用水電、抽水蓄能電站、火電機組的調峰能力。 為了激發發電企業調峰積極性，需要根據電網運行實際適時優化輔助服務市場補償規則，充分發揮市場經濟杠桿，調動調度機組調峰積極性，保障電網調峰需求。 發電企業要吃透市場規則，扮演好市場服務提供商、電量批發商角色，通過市場獲取服務收益、發電收益，提升發電企業綜合效益。

3.4 充分調用抽水蓄能機組

切實做好抽水蓄能電站的建設、規劃與運行，提前謀劃，提前建設，盡快投運，高效運行。比如山西在建的垣曲抽水蓄能電站，規劃的渾源抽水蓄能電站，已經投運的西龍池抽水蓄能電站。高峰時段，多調用抽蓄機組頂高峰，減少火電機組開機；低谷時段，調用抽水蓄能電站抽水運行，騰挪消納空間，提升新能源消納能力，使機組運行綜合效益最大化。

4 結束語

本文分析了高比例新能源并網運行對山西電網統配用電負荷預測、電力平衡計算、山西現貨市場運行、山西發電企業生產運行的影響，并從新能源功率預測準確率提升、機組調峰性能提升、輔助服務市場規則優化等方面給出了合理化建議，為應對新能源高比例并網運行給山西電網調度運行管理帶來的新問題、新挑戰提供了有效參考。