李永剛，韓 涼

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003)

目前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為一種較為成熟的可再生能源［1－2］發(fā)電技術(shù)，系統(tǒng)的調(diào)峰約束［3］和風(fēng)電出力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)［4］成為影響區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的主要因素。由于大規(guī)模風(fēng)電接入后風(fēng)電出力的互補(bǔ)性，系統(tǒng)調(diào)頻使系統(tǒng)調(diào)峰面臨巨大壓力［5］，造成了電網(wǎng)的調(diào)峰能力不足［6］。因此，本文提出了基于電力平衡的區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電接納能力評(píng)估體系和風(fēng)電接納能力評(píng)估方法，并以遼寧電網(wǎng)為例，分析了電網(wǎng)電源與負(fù)荷特性及負(fù)荷低谷時(shí)刻風(fēng)電接納能力，為合理地規(guī)劃區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量和電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略提供了技術(shù)支持［7－8］。

1 風(fēng)電接納能力評(píng)估體系

1.1 風(fēng)電接納能力評(píng)估指標(biāo)

由于風(fēng)電接納能力并不由風(fēng)電特性指標(biāo)和電網(wǎng)特性指標(biāo)直接決定，而是由二者相互影響制約，并通過大電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)作而間接決定，因此，風(fēng)電接納能力評(píng)估指標(biāo)主要從電網(wǎng)特性指標(biāo)和風(fēng)電特性指標(biāo)兩方面予以說明。電網(wǎng)特性指標(biāo)主要分為硬件指標(biāo)和管理指標(biāo)，具體包括電源特性、負(fù)荷特性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特性、系統(tǒng)安全可靠性等。風(fēng)電特性指標(biāo)分為資源特性和技術(shù)特性兩方面，具體包括風(fēng)電同時(shí)率、風(fēng)功率變化率、風(fēng)電調(diào)峰特性、風(fēng)功率預(yù)測(cè)、可信容量、風(fēng)電棄風(fēng)電量和風(fēng)能利用率等。電網(wǎng)風(fēng)電接納能力評(píng)估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 風(fēng)電接納能力評(píng)估指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)Fig.1 Hierarchical structure of wind power capacity evaluation index system

1.2 風(fēng)電接納能力評(píng)估方法

負(fù)荷低谷時(shí)段的風(fēng)電接納能力決定了電網(wǎng)的總體接納能力。所以分析接納能力主要分析低谷時(shí)段負(fù)荷、電源情況。開機(jī)方式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求來保證負(fù)荷高峰時(shí)刻電網(wǎng)有充足的備用，冬季供暖期應(yīng)考慮供熱機(jī)組在供暖期與非供暖期的調(diào)峰率差額，充分考慮火電機(jī)組檢修、供暖、風(fēng)電發(fā)電季節(jié)性和火電機(jī)組全年發(fā)電計(jì)劃，并計(jì)及聯(lián)絡(luò)線功率支援情況。

綜上所述，考慮風(fēng)電同時(shí)率和電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線調(diào)節(jié)率后，基于電力平衡的區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電接納能力［9－10］評(píng)估流程如圖2所示。

區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部機(jī)組出力最大值 Pgmax與最小值Pgmin:

式中:Pgmax和PLmin分別為高峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷;Ptie為電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃功率;λ1為聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)率;Ppu為抽水蓄能機(jī)組容量。

負(fù)荷高峰和低谷時(shí)段參與調(diào)峰機(jī)組的實(shí)際出力值:

式中:Prmax和Prmin分別為負(fù)荷高峰和低谷時(shí)段參與調(diào)峰機(jī)組的實(shí)際出力;Pcon為不可調(diào)度出力;Pth為供熱機(jī)組容量;λ2為供熱機(jī)組的調(diào)峰率。

參與調(diào)峰機(jī)組最大開機(jī)容量Pcmax和最小技術(shù)出力Pcmin:

式中:Pre為系統(tǒng)備用容量;γ為調(diào)峰機(jī)組的調(diào)峰率。電網(wǎng)可接納風(fēng)電出力Pw:

式中:β為區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電同時(shí)率。

2 遼寧電網(wǎng)電源及負(fù)荷特性分析

圖2 基于電力平衡的風(fēng)電接納能力評(píng)估流程Fig.2 Assessment process based on the power balance acceptance of wind power capacity

近年來，遼寧電源裝機(jī)增長較快，年均增長12.3%，全社會(huì)最大負(fù)荷年均增長率為7.5%，負(fù)荷增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電源裝機(jī)增速。自2007年以來，全省電源結(jié)構(gòu)與負(fù)荷情況如表1所示。

表1 遼寧電源及負(fù)荷發(fā)展情況Tab.1 Power source and load development in Liaoning

從表1可以看到，遼寧電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展迅速，風(fēng)電已經(jīng)成為省內(nèi)第二大電源［11］;全網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，冬季供暖需求較大，故供熱機(jī)組占據(jù)了比較高的比例。供熱機(jī)組比例仍逐年增加，到目前為止，直調(diào)供熱機(jī)組占直調(diào)火電裝機(jī)的60%，加上風(fēng)電及紅沿河核電等新能源的陸續(xù)投入，遼寧電網(wǎng)調(diào)峰壓力巨大［12］。2012年月負(fù)荷峰谷差如圖 3所示。

圖3 2012年負(fù)荷每月最大峰谷差Fig.3 Monthly maximum difference between peak and valley load in 2012

由圖3分析可知，負(fù)荷峰谷差較大是集中在夏季和冬季，這與風(fēng)電出力分布存在一定的矛盾，造成了風(fēng)電的反調(diào)峰特性。

遼寧電網(wǎng)負(fù)荷增速放緩，電源增速較高，峰谷差不斷增大。除風(fēng)電快速增長外，供熱機(jī)組容量不斷擴(kuò)大，由2010年的44.95%增長到2012年的60.4%，供熱機(jī)組供暖期調(diào)峰范圍在20% ～32%，全網(wǎng)機(jī)組調(diào)峰率在35%左右，非供暖期全網(wǎng)機(jī)組調(diào)峰范圍在40%左右，大風(fēng)期與供暖期處同一時(shí)期。因此，火電機(jī)組調(diào)峰能力不足成為影響遼寧電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的主要因素。2012年冬季遼寧電網(wǎng)省間聯(lián)絡(luò)線功率日曲線如圖4所示。

圖4 2012年冬季典型日省間聯(lián)絡(luò)線功率曲線Fig．4 Link line power curve of typical day inter provincial in winter 2012

3 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電接納能力與措施

3.1 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電接納能力分析

根據(jù)遼寧電網(wǎng)2012年全年負(fù)荷數(shù)據(jù)，按照峰谷差基本分布區(qū)間，即春季、夏季、秋季、冬季4種典型日峰谷差情況核定開機(jī)方式。開機(jī)原則:負(fù)荷峰值時(shí)刻，電源必須保證足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量;負(fù)荷低谷時(shí)刻，火電機(jī)組減至技術(shù)最小出力，水電機(jī)組根據(jù)發(fā)電具體情況考慮參與調(diào)峰與否。以冬季典型日為例，2012年10月1日至12月31日期間日平均負(fù)荷曲線如圖5所示。

圖5 遼寧電網(wǎng)冬季日平均負(fù)荷Fig．5 Winter average load in Liaoning power grid

由圖5可以看出，開機(jī)容量為22 129 MW，聯(lián)絡(luò)線功率9600 MW，根據(jù)2012年風(fēng)電數(shù)據(jù)，12月24日最大負(fù)荷需求為23 581 MW，最小負(fù)荷需求18 050 MW，λ1為0.7，λ2為 0.78，γ 為 0.4，備用容量取764 MW。通過分析計(jì)算，Pgmax為13 981 MW，Pgmin為11 330 MW，Prmax和 Prmin分別為 12 871 MW，10 220 MW。按同時(shí)率0.7計(jì)算風(fēng)電接納容量為2914 MW，2012年遼寧電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量為4756 MW。依據(jù)2012年遼寧電網(wǎng)負(fù)荷以及風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，運(yùn)用本文所提出的風(fēng)電接納能力評(píng)估方法計(jì)算遼寧電網(wǎng)各月棄風(fēng)電量、棄風(fēng)比與發(fā)電利用小時(shí)數(shù)，如表2所示。

表2 2012年各月風(fēng)電發(fā)電量及棄風(fēng)電量Tab.2 Wind power generating capacity and Abandon wind power of each month in 2012

3.2 提高風(fēng)電接納能力措施

為應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)造成棄風(fēng)情況，應(yīng)采取如下具體措施。

1)合理規(guī)劃風(fēng)電裝機(jī)容量;加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行管理制度，制定詳細(xì)火電機(jī)組定期輪換與調(diào)度計(jì)劃。

2)提高風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)和并網(wǎng)服務(wù)水平，進(jìn)一步完善管理和審批程序;加強(qiáng)需求側(cè)負(fù)荷管理，積極爭取聯(lián)絡(luò)線調(diào)峰政策。

3)推動(dòng)風(fēng)光儲(chǔ)抽協(xié)調(diào)發(fā)展，提高電網(wǎng)綜合調(diào)峰能力及風(fēng)電消納能力。

4)利用不同電網(wǎng)負(fù)荷、電源結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)遼寧與“三華”電網(wǎng)跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，擴(kuò)大風(fēng)電消納區(qū)域，開展風(fēng)電跨區(qū)輸送。

4 結(jié)語

在考慮風(fēng)電同時(shí)率、系統(tǒng)備用容量和聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃的情況下，通過對(duì)遼寧電網(wǎng)的負(fù)荷特性和電源結(jié)構(gòu)特性的全面分析，應(yīng)用本文所提出的風(fēng)電接納評(píng)估體系和評(píng)估方法，得到了2012年遼寧電網(wǎng)全年風(fēng)電接納能力與棄風(fēng)電量比，也驗(yàn)證了該評(píng)估方法的有效性和實(shí)用性。

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