鄭迎春，劉新元

（1.國網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

2015年忻朔電網(wǎng)風電接納能力分析

鄭迎春1，劉新元2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

指出了2015年大量風電的投產(chǎn)使忻朔電網(wǎng)接納壓力越來越大，分別從網(wǎng)架約束和調(diào)峰約束方面研究了忻朔電網(wǎng)的風電接納能力，結(jié)果表明忻朔電網(wǎng)不能全部接納規(guī)劃風電，最后提出相應(yīng)的策略建議。

忻朔電網(wǎng)；風電；接納能力

0 引言

風能是近年來大規(guī)模開發(fā)利用的可再生資源，但由于風力發(fā)電功率輸出隨機性很強，波動很大且不可控，影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。此外局部區(qū)域風電發(fā)展速度遠超電網(wǎng)發(fā)展速度，導(dǎo)致電網(wǎng)的風電接納問題日益突出。

山西電網(wǎng)按照220 kV供電分片劃分為大同、忻朔、中部、南部四大供電區(qū)，其中忻朔電網(wǎng)包括忻州市和朔州市電網(wǎng)。忻朔電網(wǎng)位于山西省北中部，地處山西電網(wǎng)樞紐位置，向北通過500 kV神雁雙與大同電網(wǎng)相連，向南通過500 kV忻侯雙、朔云線與華北電網(wǎng)相連，如圖1所示。2015年，山西電網(wǎng)風電裝機容量預(yù)計達到7 000MW，其中忻朔電網(wǎng)預(yù)計達到4 000MW，占山西風電的57%。忻朔電網(wǎng)屬于典型的小負荷、大裝機的送出電網(wǎng)，大量風電機組接入忻朔220 kV系統(tǒng)，造成500 kV變電站主變上送壓力過大，同時也給電網(wǎng)調(diào)峰能力帶來很大的困難，因此深入研究忻朔電網(wǎng)風電接納能力具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]。

圖1 忻朔電網(wǎng)與外部電網(wǎng)連接示意圖

1 電網(wǎng)網(wǎng)架約束研究

1.1 計算程序及計算條件

計算程序：本次計算采用中國電力科學(xué)研究院的《中國版BPA潮流程序（6.2）及暫態(tài)穩(wěn)定程序（4.15.7RM）》。

計算條件：計算網(wǎng)絡(luò)包括山西全部220 kV及以上網(wǎng)絡(luò)，考慮2015年山西電網(wǎng)發(fā)、輸、變基建預(yù)計項目全部投產(chǎn)，進行山西中部電網(wǎng)計算分析。2015年忻朔電網(wǎng)網(wǎng)供最大負荷預(yù)計為3 500MW，最小負荷預(yù)計為2 700 MW，裝機總?cè)萘窟_到19000MW，接入220kV及以下系統(tǒng)容量10000MW（其中風電容量達到4 000MW）。

計算思路：忻朔電網(wǎng)風電接納能力從網(wǎng)架約束上主要受朔州主變N-1過載限制。本節(jié)考慮了大負荷與小負荷兩種方式，先將220 kV側(cè)火電機組調(diào)整至滿足運行控制條件的最低限，再考慮停風電機組，求出滿足朔州主變N-1運行要求時風電停機總?cè)萘?，進而求出兩種運行方式下風電接納能力，取風電接納能力小的方式作為網(wǎng)架約束的計算結(jié)論。

1.2 忻朔電網(wǎng)大負荷方式

忻朔電網(wǎng)大負荷方式，水火電大發(fā)，風電機組出力考慮60%，朔州雙變向500 kV系統(tǒng)倒送2 232.8 MW，雙變嚴重過載；忻州雙變上載1 999.6MW。

進一步調(diào)整忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)火電機組出力，考慮供熱機組減出力、非供熱機組1臺機運行，220 kV側(cè)火電機組共停機1 050MW（占220 kV側(cè)水火電裝機的17.5%），朔州雙變?nèi)匀贿^載。由于火電機組出力已降至最低，進一步需再停風電機組1 200 MW，朔州雙變滿載運行，忻州雙變潮流1 100MW。朔州主變N-1，另一臺主變上載1 197MW，主變過載59.6%，聯(lián)切朔州附近220 kV風電機組容量1 300MW，朔州主變滿足N-1運行要求。

由上可知，大負荷方式下，忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)需?；痣姍C組1 050MW，停風電機組2 500MW，朔州主變才能滿足N-1運行要求。2015年，大負荷方式下，受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)風電最多能接納1 500MW。

1.3 忻朔電網(wǎng)小負荷方式

忻朔電網(wǎng)小負荷方式，風電出力考慮60%，考慮供熱電廠機組減出力、非供熱電廠機組僅1臺機50%出力運行，朔州雙變上載1 630MW，雙變過載；忻州雙變上載1 224MW。

由于火電機組出力已降至最低，進一步需再停風電容量660MW機組，朔州雙變滿載運行，忻州雙變潮流1 067MW。朔州主變N-1，另一臺主變上載1 168MW，主變過載55.7%，聯(lián)切朔州附近220 kV風電機組容量1 200 MW，朔州主變滿足N-1運行要求。

小負荷方式，考慮供熱電廠機組減出力、非供熱電廠機組僅1臺機50%出力運行，忻朔電網(wǎng)仍需停風電容量1 860MW，朔州主變才能滿足N-1運行要求。2015年，小負荷方式下，受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)風電最多能接納2 140MW。

1.4 忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)電源接納能力

由以上計算分析可知，2015年受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)不能接納全部風電；大負荷方式比小負荷方式風電接納能力低?？紤]最嚴重情況，忻朔電網(wǎng)只能接納風電1 500MW，占風電總?cè)萘?7.5%；如果要接納全部風電（考慮60%出力），則220 kV側(cè)最少停機（水電、火電）2 550 MW，占220 kV側(cè)裝機容量（水電、火電）的42.5%。

2 電網(wǎng)調(diào)峰約束研究

2.1 調(diào)峰原則

風電場輸出功率具有隨機波動特點，對電網(wǎng)而言，風電出力可視為負的負荷。因此，風電場并網(wǎng)以后，電網(wǎng)的可用調(diào)峰容量減去用于平衡負荷波動的備用容量后，剩余的可用調(diào)峰容量都能夠用于為風電調(diào)峰。但如果整個電網(wǎng)可用于風電的調(diào)峰容量有限，則風電場的實際運行就會受到一定的限制，在電網(wǎng)無法完全平衡風電場的功率波動時，需要限制風電注入電網(wǎng)的功率。因此，當風電大量并網(wǎng)條件下，電網(wǎng)的調(diào)峰能力可能成為風電發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

調(diào)峰原則主要如下。

a）高峰/低谷負荷時旋轉(zhuǎn)備用容量為1000MW。

b）根據(jù)近年來實際運行情況，用電負荷風谷差正常在20%～22%，計算中取22%，即最小負荷率按0.78計算。

c）山西向華北送電網(wǎng)間潮流峰谷差按照50%控制，特高壓峰谷差按500MW考慮。

d）天橋不參與調(diào)峰，萬家寨、龍口水電站各按2臺機組參與調(diào)峰。

e）發(fā)電電源匯總火電機組調(diào)峰能力差別較大，供熱機組在冬季供熱期調(diào)峰能力僅有15%，其他機組調(diào)峰能力在50%左右，按照省調(diào)發(fā)電機組加權(quán)平均，考慮一定的出力受阻，省調(diào)火電機組調(diào)峰能力在33%左右。

2.2 2015年調(diào)峰能力分析

電網(wǎng)不同運行方式調(diào)峰能力會有所不同，夏季為全年風電出力最小的月份，風電出力一般不超過并網(wǎng)容量的30%，對電網(wǎng)調(diào)峰能力影響較小，山西電網(wǎng)基本滿足風電接入需求，因此不做夏季風電接納能力分析。從電網(wǎng)調(diào)度實際出發(fā)，從調(diào)峰角度計算分析冬季方式下的電網(wǎng)接納風電的能力。

2015年，山西電網(wǎng)冬季最大直調(diào)用電負荷30 000MW，外送華北3 500MW，特高壓南送高峰潮流2 400MW，高峰旋備出力1 000MW。

計算方式不考慮西龍池抽水蓄能電廠和考慮西龍池抽水蓄能電廠兩種方式。抽蓄電站可以提高山西電網(wǎng)的調(diào)峰和風電接納能力，但由于北部電網(wǎng)存在窩電問題，西龍池4臺機組不能充分發(fā)揮其調(diào)峰作用，按照西龍池電站高峰開1臺，低谷1臺抽水的方式，從調(diào)峰角度計算接納風電的能力。具體分析計算見表1。

表1 2015年調(diào)峰裕度計算結(jié)果表 MW

表1中：“1”為風電出力按照高峰0、低谷60%考慮；“2”為忻朔電網(wǎng)風電接納能力按山西57%考慮。

由計算結(jié)果可知，風電按60%開機計算，如果不考慮西龍池，忻朔電網(wǎng)能接納1 614 MW，占2015年忻朔電網(wǎng)風電裝機容量的40%；如果考慮西龍池，忻朔電網(wǎng)能接納2 281MW，占2015年忻朔電網(wǎng)風電裝機容量的57%[3-4]。

3 結(jié)論與建議

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和調(diào)峰約束角度，2015年忻朔電網(wǎng)不能全部接納規(guī)劃風電機組。受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)最多只能接納風電1 500MW，占風電總?cè)萘?7.5%；受調(diào)峰能力限制，忻朔電網(wǎng)最多只能接納2 281MW，占風電總?cè)萘康?7%。

建議加快500 kV平魯站及200 kV接續(xù)線建設(shè)，優(yōu)化地區(qū)電源點接入方案，緩解朔州主變上送壓力；同時合理控制風電接入規(guī)模，提高調(diào)峰能力強的機組比例，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，以提高忻朔電網(wǎng)風電接納能力。

［1］葉杭冶.風力發(fā)電機組的控制技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］雷亞洲.與風電并網(wǎng)相關(guān)的研究課題［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27（8）：84-89.

［3］遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風電接入對電力系統(tǒng)的影響［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，28（2）：47-52.

［4］談健，陸燕.江蘇風電接入系統(tǒng)的若干問題［J］.華東電力，2006，34（7）：32-34.

The Analysis ofW ind Power Acceptable Capacity of Xin-shuo Power Grid in 2015

ZHENG Ying-chun1,LIU Xin-yuan2
（1.State Grid Xinzhou Power Supply Com pany，Xinzhou，Shanxi 034000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The acceptable capacity of Xin-shuo powergrid will increasewith wind power projectbeing put into operation largely in 2015.This paper studies the capacity ofwind power from the aspects of grid constraints and peaking constraints.The results show that Xin-shuo powergrid can notaccept thewholewind power，and corresponding strategiesare put forward.

Xin-shuo powergrid；wind power；acceptable capacity

TM614

A

1671-0320（2014）05-0008-03

2014-04-10，

2014-08-05

鄭迎春（1967-），男，山西五臺人，1990年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事線路安全管理工作；

劉新元（1986-），男，山西汾陽人，2011年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、運行分析工作。