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        分布式電源大量接入對系統(tǒng)旋轉備用容量的影響分析

        2016-08-22 04:35:02張樹杰
        大科技 2016年24期
        關鍵詞:火電出力風電

        張樹杰

        (貴州電網(wǎng)有限責任公司貴州貴陽550002)

        分布式電源大量接入對系統(tǒng)旋轉備用容量的影響分析

        張樹杰

        (貴州電網(wǎng)有限責任公司貴州貴陽550002)

        隨著分布式電源的迅速發(fā)展,分布式電源總裝機容量在電力系統(tǒng)總裝機容量中的占比不斷加大,其出力特有的隨機性、季節(jié)性,對電力系統(tǒng)旋轉備用容量將提出新的要求。通過擬合典型方式下的負荷曲線和電源出力曲線,建立等效持續(xù)負荷曲線,分析分布式電源的不同占比對系統(tǒng)旋轉備用容量的影響。

        分布式電源;旋轉備用容量;等效持續(xù)負荷

        引言

        分布式電源,是指位于用戶附近,所發(fā)電能就地利用,以10kV及以下電壓等級接入電網(wǎng),且單個并網(wǎng)點總裝機容量不超過6MW的發(fā)電項目。包括太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、海洋能、資源綜合利用發(fā)電等類型[1]。目前國內分布式能源主要發(fā)展方向為風力發(fā)電,風力發(fā)電受氣候影響較大,出力不穩(wěn)定,需要系統(tǒng)提供額外的旋轉備用容量。本文以等效負荷曲線為基礎,分析風力發(fā)電并網(wǎng)引起的電力系統(tǒng)備用容量需求變化。

        1 等效持續(xù)負荷曲線

        等效持續(xù)負荷曲線是將發(fā)電機的隨機故障影響當成等效負荷對原始負荷曲線不斷修正的結果[2]。圖1中,建立電力系統(tǒng)年負荷曲線g(0)(t)。單對系統(tǒng)中一個單位電源進行分析,若該單位裝機容量為C1,強迫停運率為q1,則考慮該單位電源隨機強迫停運后,等效持續(xù)負荷曲線為:

        當該單位電源全停后,等效持續(xù)負荷曲線即為:

        圖1 1個單位電源的等效持續(xù)負荷曲線

        對同時具有i個單位電源的電力系統(tǒng)而言,由于全年負荷并非恒定,對具有i個單位電源的電力系統(tǒng)而言,分析可視為:在不同負荷時段,投入n個單位電源以滿足電力系統(tǒng)電力需求,n∈[1,i]。其正常運行方式下

        的等效持續(xù)負荷曲線為:

        則i個單位電源的電力系統(tǒng)等效持續(xù)負荷曲線如圖2所示。

        圖2 i個單位電源的等效持續(xù)負荷曲線

        2 旋轉備用容量率計算

        受電源機組隨機停運影響,實際投運容量減小。在考慮所有機組隨機停運情況下,損失電源裝機的最大值,即可視為電力系統(tǒng)所需備用容量值。即具有i個單位電源的電力系統(tǒng),所需備用容量:

        當n=i時,備用容量得到最大值C(imax),即系統(tǒng)負荷達到最大值時g(max)。電源旋轉備用率達到最大

        3 系統(tǒng)旋轉備用分析

        由上述分析可知,單位電源強迫停運率qi對電力系統(tǒng)備用容量的多少具有決定性作用,對組成電源性質較為單一的電力系統(tǒng),qi越低,旋轉備用容量率δ相應越低。對各種不同性質電源構成的電力系統(tǒng),分析可視為相同性質的電源為一個單位電源,則qi較低的單位容量占比越高,備用容量率δ相應越低。

        3.1 火電系統(tǒng)旋轉備用分析

        根據(jù)全國10萬kW及以上火電機組可靠性指標分析[3],單臺機組非計劃停運次數(shù)約0.7次/臺年,非計劃停運時間約50h/臺年,等效可用系數(shù)約92%。對多機組組成的火電系統(tǒng),在此粗略分析火電機組強迫停運率為:

        qi=1-0.92=0.08

        表1 全國10萬kW及以上火電機組可靠性指標

        假設電源構成全為火電的電力系統(tǒng),最大負荷100MW,則最大旋轉備用C(imax)為:

        3.2 風電系統(tǒng)旋轉備用分析

        風電與火電不同,非計劃停運除風機故障外,還包括風力不足等自然情況以及各種因素下的棄風切機。據(jù)統(tǒng)計,2011年全國風電平均年利用小時數(shù)為1920h[4]。對單臺風機而言,出力主要受瞬時風速影響,理論出力波動一般在裝機容量的0~80%之間,對多臺風機組成的電源系統(tǒng),理論出力波動約在總裝機容量的20~60%之間[5]。因此,對單臺或多臺風機而言,全年發(fā)電均為非計劃降低出力運行。估算單臺風機強迫停運率為:

        假設電源構成全為風電的電力系統(tǒng),最大負荷100MW,則最大旋轉備用為:

        由計算可知,由于單臺風機出力遠低于風機額定容量,因此前文提出的約束條件實際是無法得到滿足的,對電源旋轉備用的要求會非常高。因此,風電等不可控分布式能源并不適合作為系統(tǒng)的旋轉備用。

        4 電源構成對旋轉備用的影響

        由上述計算結果,對電力系統(tǒng)中風電占比由1~20%進行計算整個系統(tǒng)所需的旋轉備用總量,假設系統(tǒng)總負荷為100MW,以火電、風電分別作為兩個單位電源計算,計算結果如表2。

        表2計算中,由于火電風電單獨計列,由火電作為火電裝機的備用,風電作為風電裝機的備用,因此隨著風電裝機比例增長系統(tǒng)需求的選裝備用容量增長極快,這是由風電出力性質所決定。

        而在實際運行中,旋轉備用容量一般由火電承擔,對上表進行一定修正可得表2。

        通過修正結果可以看出,風電裝機比例超過10%以上,系統(tǒng)需求旋轉備用率已超過15%,在實際運行中,受其他不可控因素影響,對旋轉備用率的要求將會進一步提高。一定程度上影響了電網(wǎng)的運行成本和可靠性。

        5 結論

        風電等不可控分布式電源的接入將提高電力系統(tǒng)所需的旋轉備用容量,當該類電源裝機規(guī)模達到一定比例時,將對整個電力系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟性造成影響。在當前儲能技術未能實現(xiàn)對系統(tǒng)進行調峰及備用的前提下,對分布式電源的大量接入需謹慎,避免盲目擴張。

        表2 不同電源構成的旋轉備用容量計算

        表3 不同電源構成的旋轉備用容量計算修正

        [1]關于做好分布式電源并網(wǎng)服務工作的意見.國家電網(wǎng)公司,2013.

        [2]錫凡,王秀麗,陳皓勇.電力市場基礎[M].陜西:西安交通大學出版社,2013:41~45.

        [3]2011年電力安全監(jiān)管情況報告.國家電力監(jiān)管委員會,2012.

        [4]國家能源局關于加強風電并網(wǎng)和消納工作有關要求的通知.國家能源局,2012.

        [5]龍志,張樹杰,等.華能貴州韭菜坪風電場(一期)工程接入系統(tǒng)設計,2009.

        TM715

        A

        1004-7344(2016)24-0068-02

        2016-8-7

        張樹杰(1987-),男,貴州貴陽人,工程師,工學學士,主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃研究工作。

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