于海洋，呂鳴鏑，周衛(wèi)東，胡遠婷

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

基于調(diào)峰裕度分析的電網(wǎng)風(fēng)電消納能力研究

于海洋1，呂鳴鏑2，周衛(wèi)東2，胡遠婷1

（1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

風(fēng)電接入電網(wǎng)后，出力具有波動性、不確定性，不具備傳統(tǒng)火電廠輸出穩(wěn)定、可調(diào)度的特點，大規(guī)模風(fēng)電的集中并網(wǎng)，電網(wǎng)的調(diào)峰能力已成為制約風(fēng)電消納的主要因素。根據(jù)2014年黑龍江省的實際數(shù)據(jù)，基于調(diào)峰裕度的方法分析了黑龍江電網(wǎng)風(fēng)電的消納情況，對黑龍江省風(fēng)電的健康發(fā)展具有借鑒意義。

電網(wǎng)；風(fēng)電；消納能力；調(diào)峰

風(fēng)電的間歇性特點決定了風(fēng)電場出力的隨機波動性。風(fēng)電不具有火力發(fā)電廠輸出穩(wěn)定、可調(diào)度的特性，在接入電網(wǎng)后，風(fēng)電的出力對于電網(wǎng)可以看作一個負的負荷擾動。因此，電網(wǎng)不僅需要配置常規(guī)電源為負荷波動留出足夠備用，當(dāng)有大量風(fēng)電接入電網(wǎng)后，還需要配置一定備用為風(fēng)電場留出裕量以平衡風(fēng)電場出力的變化［1］。在風(fēng)電場出力產(chǎn)生較大波動時，需調(diào)度電網(wǎng)內(nèi)其他火力發(fā)電廠改變出力水平以平衡風(fēng)電出力的變化。特別是在負荷較低或冬季采暖期時，常規(guī)電廠機組已經(jīng)調(diào)到較低出力，如果此時風(fēng)電場出力大幅增加，那么常規(guī)機組能否進一步壓出力讓風(fēng)電來帶負荷決定了電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力，即常規(guī)機組在低谷負荷時的調(diào)峰能力是限制電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的關(guān)鍵問題之一。

1 風(fēng)電消納能力計算分析方法

電網(wǎng)接納風(fēng)電能力受到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負荷水平、聯(lián)絡(luò)線輸送能力、網(wǎng)內(nèi)常規(guī)機組最低出力以及系統(tǒng)備用容量的制約。包括兩方面的含義。

a.風(fēng)電從較低的出力水平逐漸增加，常規(guī)機組需降低出力以滿足網(wǎng)內(nèi)發(fā)電和用電的功率平衡，此時機組的最低出力將成為限制風(fēng)電出力的最主要條件。

b.風(fēng)電從較高的出力水平降低到較低水平或停運，系統(tǒng)中的備用容量能否彌補由此引起的有功缺額。

實際運行中，電網(wǎng)的負荷和運行方式時刻發(fā)生變化，因此可用于平衡風(fēng)電功率波動的電網(wǎng)調(diào)峰容量對于電網(wǎng)的不同運行方式、電網(wǎng)不同的負荷水平都是不同的。電網(wǎng)調(diào)峰容量如圖1所示［2］。

圖1 電網(wǎng)調(diào)峰容量示意圖

PG．total為電網(wǎng)總開機容量；PLoad為電網(wǎng)最大發(fā)電負荷；PSpin為電網(wǎng)的負荷備用容量；PContingency為電網(wǎng)事故容量；PLoad為電網(wǎng)用電負荷；PTrans為聯(lián)絡(luò)線送出功率；PLoss為電網(wǎng)網(wǎng)損；PG．real為電網(wǎng)某個運行方式實際發(fā)電出力；PG．low為電網(wǎng)某個運行方式發(fā)電最低出力下限；PReserve為電網(wǎng)總設(shè)備用電量；PBalance為電網(wǎng)的調(diào)峰容量；KGen為電網(wǎng)中所有電廠的平均廠用電率。

計算電網(wǎng)可用于平衡風(fēng)電注入功率的調(diào)峰容量有以下公式［3－6］。

電網(wǎng)的實際發(fā)電出力：

電網(wǎng)正的備用容量：

電網(wǎng)負的備用容量：

電網(wǎng)負的調(diào)峰容量：

電網(wǎng)可用于平衡風(fēng)電波動的調(diào)峰容量：

2 黑龍江省電網(wǎng)風(fēng)電消納能力分析與研究

2.1 消納能力分析

黑龍江省是我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展較早的省份之一。目前全省已開發(fā)風(fēng)電場主要集中在黑龍江省東部以及西部靠近內(nèi)蒙古一帶，截止2014年末，黑龍江省風(fēng)電裝機容量已達到463.6萬kW，達到最大負荷的45.1%，占總裝機容量的18.52%。隨著風(fēng)電在電源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增大，棄風(fēng)現(xiàn)象不斷出現(xiàn)并將日益加劇，風(fēng)電利用小時數(shù)也逐年降低，風(fēng)電消納已成為制約黑龍江省風(fēng)電健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。2014年計算的邊界條件如表1所示。

表1 2014年邊界約束計算數(shù)據(jù)MW

在對黑龍江省電網(wǎng)分析中，負荷備用容量取為最大發(fā)電負荷的5%，事故備用容量取為最大發(fā)電負荷的8%，廠用電率取為開機容量的8%，網(wǎng)損率取為實際發(fā)電負荷的2%。機組的最小出力和開機方式是根據(jù)黑龍江省電網(wǎng)發(fā)電廠機組調(diào)峰能力表及參考《2014年黑龍江省電網(wǎng)運行方式》確定。

a.2014年負荷最小峰谷差日風(fēng)電消納情況

負荷最小峰谷差出現(xiàn)在1月末，最小峰谷差為1 980 MW。當(dāng)日開機容量為9 612 MW，扣除廠用電、網(wǎng)損、備用等因素后為7 550 MW，最低出力方式下出力為4 530 MW，當(dāng)日最小負荷為5 570 MW。

從圖2中可以看出，典型日當(dāng)日風(fēng)電出力較大，而系統(tǒng)負荷又較小，特別在凌晨時段，所以導(dǎo)致在凌晨2時—9時風(fēng)電出力無法消納，必須限制風(fēng)電出力。

圖2 典型日負荷與風(fēng)電消納情況1

為了進一步說明負荷峰谷差較小情況下的風(fēng)電消納情況，選取4—5月負荷峰谷差最小的1天作為典型日進行研究，最小峰谷差出現(xiàn)在4月，最小峰谷差為2 825 MW。當(dāng)日開機容量為10 080 MW，扣除廠用電、網(wǎng)損、備用等因素后為7 887 MW，最低出力方式下出力為4 680 MW，當(dāng)日最小負荷為5 062 MW。

圖3 典型日負荷與風(fēng)電消納情況2

從圖3中可以看出，由于典型日當(dāng)日風(fēng)電出力較大，而系統(tǒng)負荷又較小，特別在凌晨時段，導(dǎo)致在凌晨6時之前時段風(fēng)電出力無法消納，必須限制風(fēng)電出力。

b.2014年負荷最大峰谷差日風(fēng)電消納情況

負荷最大峰谷差出現(xiàn)在12月，最大峰谷差為4 373 MW。由于黑龍江省冬季熱負荷很大，熱電廠在冬季一般不參與調(diào)峰，典型日當(dāng)天負荷特性曲線、最小出力以及風(fēng)電最大出力曲線如圖4所示。

圖4 典型日負荷與風(fēng)電消納情況3

2014年12月黑龍江省電網(wǎng)典型日當(dāng)天開機容量為12 310 MW，扣除廠用電、網(wǎng)損、備用等因素后為10 080 MW，滿足典型是當(dāng)天最大負荷10 044 MW，最低出力方式下出力5 270 MW，當(dāng)日最小負荷為5 671 MW。從圖中可以看出，由于負荷峰谷差過大，即風(fēng)電在夜間大發(fā)時間負荷小，所以系統(tǒng)為了調(diào)峰，需要在凌晨6時前限制風(fēng)電出力。

2.2 結(jié)果分析

從以上分析可以看出凌晨時段棄風(fēng)最為明顯，主要集中在22時至次日凌晨9時之間，風(fēng)電場大出力主要集中在春秋季，小出力主要集中在夏冬季。風(fēng)電場出力與負荷變化呈相反趨勢，即負荷大時風(fēng)電場出力較小，負荷小時風(fēng)電場出力較大，冬季的反調(diào)峰特性更為突出，黑龍江電網(wǎng)熱電機組容量較高，在冬季供暖情況下，熱電機組以熱定電的運行模式嚴重制約了電網(wǎng)的調(diào)峰能力，系統(tǒng)消納風(fēng)電能力受到很大限制。

3 結(jié)束語

黑龍江省風(fēng)電裝機總量居全國前列，消納問題也比較突出，本文根據(jù)黑龍江省的實際情況，分析了黑龍江省電網(wǎng)風(fēng)電的消納能力，提高消納能力。需要常規(guī)發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、風(fēng)電公司以及政府相關(guān)主管部門的共同努力，涉及的利益主體眾多，在某種程度上存在此消彼長的矛盾性，需要平衡好各方利益，才能從根本上解決黑龍江省電網(wǎng)風(fēng)電消納的問題。

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Absorptive Capacity Research on Wind Power Based on Peak Load Regulation Margin Analysis

YU Hai?yang1，Lü Ming?di2，ZHOU Wei?dong2，HU Yuan?ting1
（1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin，Heilongjiang 150030，China；2.Heilongjiang Electric Power Co.，Ltd.，Harbin，Heilongjiang 150030，China）

After wind power connected to the grid，output has volatility and uncertainty，have not traditional thermal power plant out?put stable，scheduling features.Centralized large?scale wind power grid and power grid peaking capacity have become a major factor to restrict wind power consumptive.Heilongjiang grid wind power consumptive situation is analyzed based on peaking margin method which has important significance for healthy development of wind power in Heilongjiang province.

Power system；Wind power；Absorptive capacity；Peaking

TM614

A

1004－7913（2016）07－0026－03

于海洋（1983—），男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)分析、新能源并網(wǎng)技術(shù)與檢測等研究工作。

2016－04－10）