萬(wàn) 黎，周鯤鵬，王 濤，王 易，舒 欣，劉鈴鈴

(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430013)

湖北電網(wǎng)典型大負(fù)荷日風(fēng)電光伏出力特性分析

萬(wàn) 黎1，周鯤鵬1，王 濤1，王 易1，舒 欣1，劉鈴鈴2

(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430013)

以湖北省大負(fù)荷日為代表日，選取了主要的風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站，獲取了大負(fù)荷日的出力曲線，統(tǒng)計(jì)了出力分布情況。綜合多日出力數(shù)據(jù)得到典型的風(fēng)光出力互補(bǔ)特性，并對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)后對(duì)湖北省統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的影響進(jìn)行了分析。

負(fù)荷；運(yùn)行分析；風(fēng)電；光伏

0 引言

近年來(lái)新能源在湖北省快速發(fā)展，裝機(jī)容量不斷增加，其出力對(duì)湖北省電網(wǎng)的影響也不可忽視[1-3]。在傳統(tǒng)的大負(fù)荷分析基礎(chǔ)上[4-8]，分析風(fēng)電和光伏出力的變化規(guī)律及其分布特征，對(duì)湖北電網(wǎng)運(yùn)行分析具有重要的參考價(jià)值。

2016年迎峰度夏期間，由于高溫酷暑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最高氣溫較同期偏高，湖北電網(wǎng)最大用電負(fù)荷屢次創(chuàng)新高。2016年7月25日，在連續(xù)多天高溫的情況下，湖北主網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)到28 226 MW，8月1日、8月19日湖北電網(wǎng)最大用電負(fù)荷又多次刷新紀(jì)錄，其中8月19日最大負(fù)荷突破30 000 MW大關(guān)，達(dá)到30 837 MW。

本文以2016年7月25日、8月1日、8月19日數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)湖北省內(nèi)主要風(fēng)電和光伏運(yùn)行情況進(jìn)行分析，力求反映風(fēng)電、光伏在大負(fù)荷日的運(yùn)行特征，為湖北電網(wǎng)安全運(yùn)行及電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供參考。

1 湖北電網(wǎng)風(fēng)電光伏總體情況

湖北地處江漢平原地區(qū)，風(fēng)能和太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量在中部地區(qū)中較為豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。據(jù)估計(jì)，湖北風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為13 200 MW，技術(shù)可開(kāi)發(fā)容量為6 850 MW，主要分布在鄂東北崗地、鄂東南山區(qū)以及江漢平原地區(qū)；太陽(yáng)能年輻射總量為3 963～4 455 MJ/m2，年日照時(shí)間為1 400～2 100 h，屬于我國(guó)太陽(yáng)能輻射一般地區(qū)，少數(shù)地區(qū)太陽(yáng)能資源較差[1]。

本文選取湖北省電網(wǎng)典型的風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站，進(jìn)行大負(fù)荷日分析，選取的集中接入風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站如表1和表2所示。

2 大負(fù)荷日風(fēng)電出力分析

2.1 出力時(shí)間特性

風(fēng)電的出力時(shí)間特性指風(fēng)電出力隨時(shí)間的變化情況，本文重點(diǎn)分析大負(fù)荷日風(fēng)電出力時(shí)間特性。

2016年典型大負(fù)荷日，湖北省主要風(fēng)電場(chǎng)出力如圖1所示。由圖2～3可知:大負(fù)荷日湖北省不同風(fēng)電場(chǎng)出力差異較大，從各日出力變化曲線上看，呈現(xiàn)“一峰一谷”的特性，但均在夜間22時(shí)到5時(shí)之間出力較大，白天12時(shí)到17時(shí)出力較小。風(fēng)電場(chǎng)最大出力可達(dá)到裝機(jī)容量的90%以上，可見(jiàn)風(fēng)電出力具有明顯的反調(diào)峰特性。對(duì)同一風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行比較，可以更好地反映不同典型大負(fù)荷日因氣象條件差異導(dǎo)致的出力變化。圖4～7給出了九宮山、鳳鳴、天河口和德勝4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)在不同大負(fù)荷日的出力情況。

表1 大負(fù)荷日集中接入風(fēng)電場(chǎng)Tab.1 Centralized accessing wind farms on peak-load day

表2 大負(fù)荷日分析集中接入光伏電站Tab.2 Centralized accessing photovoltaics on peak-load day

圖1 2016年7月25日主要風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.1 Output of main wind farms on July 25,2016

圖2 2016年8月1日主要風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.2 Output of main wind farms on Aug 1,2016

圖3 2016年8月19日主要風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.3 Output of main wind farms on Aug 19,2016

圖4 2016年大負(fù)荷日九宮山風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.4 Output of Jiugngshan wind farm on peak load days

圖5 2016年大負(fù)荷日鳳鳴風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.5 Output of Fengming wind farm on peak load days

圖6 2016年大負(fù)荷日天河口風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.6 Output of Tianhekou wind farm on peak load days

圖7 2016年大負(fù)荷日德勝風(fēng)電場(chǎng)出力曲線Fig.7 Output of Desheng wind farm on peak load days

由圖4～7可知:風(fēng)電場(chǎng)受氣象條件影響較大，同一風(fēng)電場(chǎng)不同大負(fù)荷日出力也存在較大差異，其中7月25日、8月1日出力較大，8月19日出力較小。天河口風(fēng)電場(chǎng)的出力最大值與裝機(jī)容量之比最大，達(dá)到89.7%。

2.2 出力分布特性

風(fēng)電的出力分布特性指風(fēng)電出力在各出力區(qū)間的分布情況。由于風(fēng)電的隨機(jī)性和不確定性，各日出力均不相同，本文重點(diǎn)分析大負(fù)荷日風(fēng)電出力分布特性。

2016年典型大負(fù)荷日，湖北省主要風(fēng)電場(chǎng)出力分布如圖8～10所示，圖中每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)間為5 min（每天按288個(gè)運(yùn)行點(diǎn)數(shù)采集出力數(shù)據(jù)，下同）。

由圖8～10可知:在大負(fù)荷日湖北省主要風(fēng)電場(chǎng)絕大多數(shù)時(shí)間出力小于裝機(jī)容量的20%，運(yùn)行時(shí)間占81%。出力超過(guò)60%的運(yùn)行時(shí)間占7%。其中高于80%出力的運(yùn)行時(shí)間僅占1.6%。

大負(fù)荷日風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電利用 h數(shù)最高為8.2 h，最低為1.17 h。各風(fēng)電場(chǎng)利用小時(shí)數(shù)如圖11所示。

圖8 2016年7月25日主要風(fēng)電場(chǎng)出力分布Fig.8 Distribution of main wind farms output on July 25,2016

圖9 2016年8月1日主要風(fēng)電場(chǎng)出力分布Fig.9 Distribution of main wind farms output on Aug 1,2016

圖10 2016年8月19日主要風(fēng)電場(chǎng)出力分布Fig.10 Distribution of main wind farms output on Aug 19,2016

圖11 2016年大負(fù)荷日主要風(fēng)電場(chǎng)利用小時(shí)數(shù)Fig.11 Utilization hours of main wind farms output on peak load days

3 大負(fù)荷日光伏出力分析

3.1 出力時(shí)間特性

光伏的出力時(shí)間特性與風(fēng)電出力時(shí)間特性相似，指光伏出力隨時(shí)間的變化情況，本文重點(diǎn)分析大負(fù)荷日光伏出力時(shí)間特性。

2016年典型大負(fù)荷日，湖北省主要光伏電站出力如圖12～14所示。

圖12 2016年7月25日主要光伏電站出力曲線Fig.12 Output of main photovoltaics on July 25,2016

圖13 2016年8月1日主要光伏電站出力曲線Fig.13 Output of main photovoltaics on Aug 1,2016

圖14 2016年8月19日主要光伏電站出力曲線Fig.14 Output of main photovoltaics on Aug 19,2016

由圖12～14可知:大負(fù)荷日湖北省不同光伏出力有一定差異，但曲線變化規(guī)律較為一致，從各日出力變化曲線上看，呈現(xiàn)“單峰”的特性，在中午12時(shí)到14時(shí)之間出力較大，晚20時(shí)到早5時(shí)無(wú)出力。

3.2 出力分布特性

光伏的出力分布特性指光伏出力在各出力區(qū)間的分布情況。本文重點(diǎn)分析大負(fù)荷日光伏出力分布特性。

2016年典型大負(fù)荷日，湖北省主要光伏電站出力分布如圖15～17所示。

圖15 2016年7月25日主要光伏電站出力分布Fig.15 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

圖16 2016年8月1日主要光伏電站出力分布Fig.16 Distribution of main photovoltaics output on Aug 1,2016

圖17 2016年8月19日主要光伏電站出力分布Fig.17 Distribution of main photovoltaics output on Aug 19,2016

由圖15～17可知：在大負(fù)荷日湖北省主要光伏電站多數(shù)時(shí)間出力小于裝機(jī)容量的10%，運(yùn)行時(shí)間占58%。出力超過(guò)60%的運(yùn)行時(shí)間僅占20%，其中高于80%出力的時(shí)間占0.1%。

大負(fù)荷日光伏電站發(fā)電利用 h數(shù)最高為5.2 h，最低為2.5 h。各光伏電站利用小時(shí)數(shù)如圖18所示。

圖18 2016年大負(fù)荷日主要光伏電站利用小時(shí)數(shù)Fig.18 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

4 大負(fù)荷日風(fēng)電光伏出力互補(bǔ)性分析

由前文分析可知，湖北省光伏、風(fēng)電的出力有互補(bǔ)特性。風(fēng)電最大出力一般在晚22時(shí)至2時(shí)左右，光伏最大出力一般在12時(shí)至13時(shí)?？紤]到全省光伏、風(fēng)電裝機(jī)容量相近，光伏風(fēng)電總出力在各自峰谷時(shí)段互相抵消，減小了出力峰谷差。

考慮全省風(fēng)電、光伏總裝機(jī)容量，平均3個(gè)大負(fù)荷日的風(fēng)電、光伏出力數(shù)據(jù)，得到大負(fù)荷日全省風(fēng)電光伏互補(bǔ)出力如圖19所示。

圖19 2016年大負(fù)荷日全省風(fēng)電光伏互補(bǔ)出力Fig.19 Wind and PV hybrid output on peak load days

由圖19可知風(fēng)電和光伏互補(bǔ)后的出力呈現(xiàn)明顯的峰谷差，最大出力在中午11時(shí)左右，出力約為1 140 MW；最小出力在下午18時(shí)左右，出力約為340 MW?；パa(bǔ)出力峰谷差約為800 MW，占全省最大負(fù)荷的2.6%。

5 大負(fù)荷日風(fēng)電光伏對(duì)湖北統(tǒng)調(diào)負(fù)荷影響

由于風(fēng)電、光伏接入的均為110 kV及以下電壓等級(jí)，因此風(fēng)電和光伏的出力對(duì)于統(tǒng)調(diào)負(fù)荷有削峰填谷的效果，其結(jié)果將導(dǎo)致統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的峰谷差減小。以8月19日為例，風(fēng)電、光伏使得統(tǒng)調(diào)負(fù)荷峰谷差從8 819 MW下降到8 346 MW，約平抑負(fù)荷峰谷差470 MW，下降了5.3%。圖20給出了有風(fēng)電、光伏和無(wú)風(fēng)電、光伏情況下，湖北省統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的變化。

圖20 2016年8月19日風(fēng)電、光伏對(duì)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的影響Fig.20 Effect of unified dispatch load on Aug 19,2016

6 結(jié)論

大負(fù)荷日湖北省不同風(fēng)電場(chǎng)出力差異較大，從各日出力變化曲線上看，呈現(xiàn)“一峰一谷”的特性，但均在夜間22時(shí)到5時(shí)之間出力較大，白天12時(shí)到17時(shí)出力較小。風(fēng)電場(chǎng)最大出力可達(dá)到裝機(jī)容量的90%以上，反調(diào)峰特性明顯。大負(fù)荷日湖北省不同光伏出力曲線變化規(guī)律較為一致，呈現(xiàn)“單峰”的特性。在中午12時(shí)到14時(shí)之間出力較大，晚20時(shí)到早5時(shí)無(wú)出力。風(fēng)電、光伏互補(bǔ)后對(duì)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷有削峰填谷的作用，使得統(tǒng)調(diào)負(fù)荷峰谷差減小，8月19日為例，大負(fù)荷日風(fēng)電、光伏互補(bǔ)出力使全省統(tǒng)調(diào)負(fù)荷峰谷差下降約400 MW。新能源接入后產(chǎn)生的削峰填谷效應(yīng)，可緩解湖北省電網(wǎng)供電壓力，有利于湖北電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

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Wind Power and Photovoltaics Output Characteristic Analysis during Typical Peak Load in Hubei Grid

WAN Li1，ZHOU Kunpeng1,WANG Tao1，WANG Yi1,SHU Xin1,LIU Lingling2
（1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei 430077，China;2.State Grid Wuhan Power Supply Company，Wuhan Hubei 430013，China）

In this paper several main wind farms and photovoltaics plants in Hubei are selected to analyze their output curve and output distribution of typical peak-load days.The complementary characteristics of wind power and photovoltaics are derived based on multiple peak-load day data,and the influence on unified control load is analyzed.

load;operation analysis;wind power;photovoltaics

TM311

A

1006-3986(2016)12-0014-05

10.19308/j.hep.2016.12.004

2016-11-15

萬(wàn) 黎(1980)，男，湖北武漢人，博士，高級(jí)工程師。