閆廣新，施 海，劉新剛，王 凱

（1.新疆電力設(shè)計院，新疆烏魯木齊 830001；2.新疆風(fēng)電工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830063）

隨著風(fēng)電裝機規(guī)模逐漸增大，并網(wǎng)風(fēng)電的隨機性和間歇性對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊也更加嚴(yán)重，對電網(wǎng)調(diào)峰能力的考驗也更加突出。影響電網(wǎng)對風(fēng)電接納能力的因素很多，例如并網(wǎng)風(fēng)電的電能質(zhì)量、電網(wǎng)自身的調(diào)峰能力和無功補償能力以及電網(wǎng)的響應(yīng)特性等，其中一些因素的不利影響可以通過加強區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)來解決。例如電網(wǎng)的響應(yīng)特性決定了電網(wǎng)在運行中的暫態(tài)穩(wěn)定性，可以在輸電規(guī)劃和電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計時通過加強電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加以解決；電網(wǎng)的無功補償能力可以通過優(yōu)化無功配置方法來加以解決；并網(wǎng)風(fēng)電的電能質(zhì)量可以通過風(fēng)電機組選型的優(yōu)化及接入系統(tǒng)電壓等級的調(diào)整進行改善［1］。但是作為影響電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的主要因素，電網(wǎng)自身的調(diào)峰能力卻無法通過電網(wǎng)運行設(shè)備的改造和完善來解決，因此區(qū)域并網(wǎng)風(fēng)電的建設(shè)規(guī)劃，必須考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的調(diào)峰能力。本文將結(jié)合阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃，對電網(wǎng)調(diào)峰能力與消納風(fēng)電能力間的關(guān)系進行分析，在考慮風(fēng)電場集群效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，計算風(fēng)電場可以上網(wǎng)的安全裝機容量，從而為合理安排當(dāng)?shù)仫L(fēng)電規(guī)劃和調(diào)度策略提供支持［2－4］。

1 計算方法

風(fēng)電不具有常規(guī)電源輸出穩(wěn)定、可調(diào)度等特點，對于電網(wǎng)而言，風(fēng)電波動類似于一個負(fù)的負(fù)荷擾動。在風(fēng)電場出力產(chǎn)生較大波動變化時，需調(diào)整電網(wǎng)常規(guī)電源的出力水平平衡風(fēng)電出力的變化。因此，當(dāng)有大量風(fēng)電注入電網(wǎng)后，電網(wǎng)中常規(guī)電源除了要為負(fù)荷波動留出足夠備用外，還需要為風(fēng)電場留出一定備用能力，用于平衡風(fēng)電出力的變化，可以說風(fēng)電在電網(wǎng)中具有一定的反調(diào)峰性。區(qū)域電網(wǎng)受常規(guī)電源（火電機組和水電機組）調(diào)峰能力的限制，在低谷時接納風(fēng)電能力最差。

根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力計算電網(wǎng)風(fēng)電接納能力，必須考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的常規(guī)電源調(diào)峰能力和聯(lián)絡(luò)線的輸電能力。通過尖峰時刻電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測可以確定常規(guī)電源的開機方式，分析火電機組和水電機組向下調(diào)整的調(diào)峰能力，可以確定電網(wǎng)的網(wǎng)供電力最低限值。根據(jù)電網(wǎng)的網(wǎng)供電力的最低限值和低谷時刻負(fù)荷預(yù)測值，對電網(wǎng)風(fēng)電接納能力進行估算。進一步考慮風(fēng)電場集群效應(yīng)，計算出電網(wǎng)可接納的風(fēng)電安全裝機容量。圖1為受調(diào)峰能力約束的風(fēng)電接納能力算法框圖。

圖1 風(fēng)電接納能力算法框圖

1）負(fù)荷尖峰時刻電網(wǎng)最大供電能力 尖峰時刻常規(guī)電源出力包括水、火電機組出力及聯(lián)絡(luò)線送出電力。負(fù)荷尖峰時刻電源的開機需配備一定的旋轉(zhuǎn)備用容量。為了把電源出力折算成網(wǎng)供電力，應(yīng)減掉電源的廠用電及網(wǎng)損，聯(lián)絡(luò)線送出電力折算成網(wǎng)供電力時應(yīng)考慮加上損耗。因此尖峰時刻電網(wǎng)最大供電能力：

式中：Pmax為尖峰時刻電網(wǎng)最大供電能力；Ph為火電機組出力；Ps為水電機組出力；δG為電源廠用電率；δS為輸電網(wǎng)損率；PL為聯(lián)絡(luò)線送出電力；δlos為聯(lián)絡(luò)線損耗率。

通過對負(fù)荷尖峰時刻電網(wǎng)最大供電能力的分析，可以確定常規(guī)電源的開機方式，然后再對常規(guī)電源的調(diào)峰能力進行分析，用來求取低谷負(fù)荷時刻可以達到的最小網(wǎng)供電力。

2）負(fù)荷低谷時刻電網(wǎng)最小網(wǎng)供電力 負(fù)荷低谷時刻電網(wǎng)最小網(wǎng)供電力是在常規(guī)電源調(diào)峰能力約束下，通過降低常規(guī)電源的運行出力從而得出的。在尖峰時刻常規(guī)電源開機方式確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)常規(guī)電源的調(diào)峰能力，并考慮電源廠用電、網(wǎng)損、以及聯(lián)絡(luò)線送出電力和損耗等情況，即可求出負(fù)荷低谷時刻電網(wǎng)最小網(wǎng)供電力：

式中：Pmin為負(fù)荷低谷時刻最小網(wǎng)供電力；P′h為火電機組考慮調(diào)峰能力最小出力；P′s為水電機組考慮調(diào)峰能力最小出力；ε為低谷時刻聯(lián)絡(luò)線送出電力調(diào)整系數(shù)。

3）負(fù)荷低谷時電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力 根據(jù)上述取出的負(fù)荷低谷時刻最小網(wǎng)供電力，考慮到風(fēng)電場廠用電，負(fù)荷低谷時電網(wǎng)的可接納風(fēng)電為：

式中：Pwind為低谷時刻可接納風(fēng)電電力；Pload為低谷預(yù)測負(fù)荷值；δwp為風(fēng)電場廠用電率。

當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)有多座風(fēng)電場時，由于風(fēng)能的空間差異性而使得風(fēng)電場群總輸出功率相對波動幅度小于單個風(fēng)電場輸出功率的波動幅度的現(xiàn)象，稱之為風(fēng)電場集群效應(yīng)［5－6］，風(fēng)電場集群可能最大出力與風(fēng)電場集群額定容量之比為集群效應(yīng)系數(shù)：

考慮風(fēng)電場輸出功率集群效應(yīng)，可以得出電網(wǎng)安全接納的風(fēng)電容量：

式中：WG為可接納風(fēng)電容量；ρ為風(fēng)電場集群效應(yīng)系數(shù)。

隨著風(fēng)場數(shù)目增加，風(fēng)電場集群系數(shù)ρ隨之減??；根據(jù)多年運行的結(jié)果，阿勒泰電網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電場集群系數(shù)約為0.82。

2 阿勒泰電網(wǎng)風(fēng)電接納能力估算

阿勒泰電網(wǎng)是一個處在新疆電網(wǎng)末端的送端電網(wǎng)，根據(jù)阿勒泰地區(qū)的“十二五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，2015年當(dāng)?shù)氐幕痣娧b機容量將達到982 MW，水電的裝機容量達到1081 MW。2015年阿勒泰規(guī)劃網(wǎng)架通過3回220 k V線路接至新疆主電網(wǎng)，由于電氣距離長網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)較弱，聯(lián)絡(luò)線送出的電力暫態(tài)穩(wěn)定極限約為600MW。

阿勒泰電網(wǎng)內(nèi)的火電機組都是供熱機組，并用“以熱定電”的原則進行設(shè)計，特別到了冬季，火電機組出力可調(diào)范圍有限，水電受自然因素的影響，出力受阻嚴(yán)重，因此冬季電網(wǎng)內(nèi)常規(guī)電源的調(diào)峰能力比較低，對電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的影響更大。根據(jù)阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃測算，2015年阿勒泰地區(qū)冬季的最大負(fù)荷約662 MW，最小負(fù)荷約397 MW，如果聯(lián)絡(luò)線送電電力按600 MW考慮，參考電網(wǎng)歷年運行情況阿勒泰冬季的水電和火電機組的廠用電率和網(wǎng)損率綜合考慮約為8%，風(fēng)電場的廠用電率約為2%，聯(lián)絡(luò)線損耗率約為1.8%。另外，電網(wǎng)在運行過程中需要的旋轉(zhuǎn)備容量，按最大負(fù)荷的3.5%考慮，2015年阿勒泰地區(qū)的供熱機組調(diào)峰能力預(yù)計為35%（徑流式小水電冬季按裝機容量30%出力計算，不參加調(diào)峰）。風(fēng)電場集群系數(shù)ρ取0.82，見表1。可以得到冬季小負(fù)荷典型運行方式下阿勒泰電網(wǎng)可接納風(fēng)電電力Pwind為384 MW，可接納的風(fēng)電裝機容量WG為468 MW。

表12015 年阿勒泰電網(wǎng)風(fēng)電接納能力估算

2011年底阿勒泰地區(qū)已建成49.5 MW風(fēng)電場4座，在建的5座49.5 MW風(fēng)電場計劃2012年底至2013年初逐步建成投產(chǎn)，屆時阿勒泰地區(qū)風(fēng)電總裝機容量將達445.5 MW，接近受調(diào)峰能力的制約的阿勒泰地區(qū)風(fēng)電的可接納的極限容量468 MW。

3 結(jié)論

在風(fēng)電大量并網(wǎng)的情況下，電力系統(tǒng)調(diào)峰能力將成為風(fēng)電接納能力的瓶頸。本文建立了電網(wǎng)在調(diào)峰能力約束下，電網(wǎng)低谷時刻風(fēng)電接納容量的計算方法，并根據(jù)阿勒泰地區(qū)“十二五”規(guī)劃的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，計算了2015年阿勒泰地區(qū)最大可接納風(fēng)電裝機容量，可為有關(guān)部門在制定風(fēng)力發(fā)電場發(fā)展規(guī)模時提供參考。阿勒泰電網(wǎng)處于新疆電網(wǎng)北部末端，地區(qū)水能、風(fēng)能資源豐富，但是這些清潔能源的開發(fā)應(yīng)與地區(qū)消納能力和電網(wǎng)送出能力相匹配，建設(shè)速度過快可能導(dǎo)致建設(shè)項目的浪費。

［1］ 李 強，張 洋，李明慧.電網(wǎng)接受風(fēng)電能力的研究［J］.電力電子技術(shù)，2010，44（6）：20-22.

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