孟祥娟，習(xí)秀麗，吳怡儒，章雪萌

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近年來，加快新能源發(fā)展已成為國(guó)內(nèi)外社會(huì)推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要手段[1]。但風(fēng)電、光伏等新能源出力具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性等特性，這些新能源的迅速發(fā)展給電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來較大影響。目前，安徽省皖北部分地區(qū)新能源扎堆現(xiàn)象嚴(yán)重，新能源建設(shè)規(guī)模與電網(wǎng)接納能力和實(shí)際接入條件矛盾突出，因此，有必要研究安徽地區(qū)電網(wǎng)新能源接納的困難時(shí)段，為開展地區(qū)電網(wǎng)新能源消納能力研究提供支撐，指導(dǎo)地區(qū)新能源科學(xué)有序建設(shè)，協(xié)調(diào)電源電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展。

舒印彪等人[3]系統(tǒng)性地研究了我國(guó)新能源消納的關(guān)鍵問題，并提出了有效的措施、進(jìn)行了場(chǎng)景驗(yàn)證。譚濤亮等人[4]研究了地區(qū)電網(wǎng)的新能源消納能力，并通過新能源滲透率和最小負(fù)荷削減量期望值的關(guān)系，評(píng)估了系統(tǒng)的新能源消納能力。賈文昭等人[5]針對(duì)典型日高峰時(shí)段進(jìn)行風(fēng)電消納能力分析，提出了一種計(jì)及調(diào)峰調(diào)頻能力的風(fēng)電消納能力的評(píng)估方法。沈松輝等人[6]對(duì)黑龍江省新能源消納能力進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了黑龍江省新能源消納前景。孫明一等人[7]、彭旭[8]提出生產(chǎn)時(shí)序模擬法進(jìn)行能源消納，用于全省及跨區(qū)傳輸?shù)膽?yīng)用研究。盡管目前已有一些新能源消納能力的研究，但大部分分析基于全省層面論證，對(duì)全省調(diào)峰能力進(jìn)行分析，而對(duì)局部區(qū)域的新能源消納論證較少。本文針對(duì)安徽地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性和新能源出力特性特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究安徽地區(qū)電網(wǎng)新能源接納的困難時(shí)段，為后續(xù)開展新能源消納能力研究奠定基礎(chǔ)。

本文選擇某實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行研究，分析該地區(qū)的負(fù)荷特性、已建成的風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的出力特性、電網(wǎng)新能源接納的困難時(shí)段及困難時(shí)段的負(fù)荷取值，為后續(xù)新能源消納能力分析提供支撐。

1 負(fù)荷特性分析

選取某實(shí)際電網(wǎng)2015年至2018年的年負(fù)荷特性，如圖1所示。圖1(a)表示該地區(qū)電網(wǎng)2015～2018年最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、平均負(fù)荷和最大峰谷差?？梢姡S著時(shí)間的推進(jìn)，負(fù)荷及峰谷差均逐年增加。圖1(b)表示該地區(qū)電網(wǎng)2015～2018年平均日負(fù)荷率和最大峰谷差率，數(shù)據(jù)顯示近四年的最大峰谷差率和日負(fù)荷率成下降趨勢(shì)，說明該地區(qū)負(fù)荷特性略有變差。

圖1 某實(shí)際電網(wǎng)2015～2018年的年負(fù)荷特性

選取某實(shí)際電網(wǎng)2015年至2018年的負(fù)荷曲線，如圖2所示。圖2(a)表示2018年某實(shí)際電網(wǎng)年負(fù)荷曲線，在夏、冬兩季負(fù)荷水平高于其他月份，年高峰負(fù)荷出現(xiàn)在夏季7～8月，次高峰出現(xiàn)在11～1月，低谷負(fù)荷出現(xiàn)在春季4～5月和秋季的9～10月。圖2(b)表示該電網(wǎng)2018年春季典型日負(fù)荷曲線，春季高峰負(fù)荷集中在19:00～20:00，次高峰為7:00～8:00，低谷階段出現(xiàn)在3:00～4:00。

圖2 某實(shí)際電網(wǎng)負(fù)荷曲線

2 風(fēng)電場(chǎng)出力特性分析

選取某典型風(fēng)電場(chǎng)2018年出力曲線，如圖3所示。圖3(a)表示2018年風(fēng)電年出力曲線。由圖中可知，6月份的時(shí)候出力率最小，在10月和1～4月份的出力率相對(duì)較高，表明風(fēng)電夏季出力低，其他季節(jié)出力高。圖3(b)表示該風(fēng)電場(chǎng)2018年春季典型日出力曲線，風(fēng)電日出力特性呈現(xiàn)出白天小、夜間大的特征，夜間20:00～5:00出力較大，低谷時(shí)段主要集中在12:00～16:00之間。

圖3 某實(shí)際典型風(fēng)電場(chǎng)出力曲線

3 光伏電站出力特性分析

選取某典型光伏電站2018年出力曲線，如圖4所示。圖4(a)表示光伏年出力曲線，光伏電站不同月份之間的出力率有一定差別，其中在春季和秋季出現(xiàn)峰值，說明這兩個(gè)季節(jié)出力率相對(duì)較高。圖4(b)表示光伏春季典型日出力曲線，光伏每日出力曲線規(guī)律性較強(qiáng)，6：00光伏開始出力，11:00～15:00光伏出力較大，12:00～13:00光伏達(dá)到頂峰值，與日照強(qiáng)度相符合。

圖4 某實(shí)際典型光伏電站出力曲線

4 新能源消納困難時(shí)段分析

由上述分析可知，春季電網(wǎng)負(fù)荷水平低，光伏出力大，因此，春季是新能源消納困難季節(jié)。從時(shí)段來看，光伏最大值一般出現(xiàn)在午間12:00～13:00時(shí)段，但此時(shí)負(fù)荷較小，因此，春季中午12:00～13:00時(shí)段是新能源消納困難時(shí)段；夜間3:00～4:00時(shí)段是負(fù)荷低谷時(shí)段，此時(shí)風(fēng)電出力較大，因此，春季夜間3:00～4:00時(shí)段也是新能源消納困難時(shí)段。

選擇2015～2018年4月份12:00～13:00時(shí)段和3:00～4:00時(shí)段的負(fù)荷數(shù)據(jù)，負(fù)荷系數(shù)為各點(diǎn)負(fù)荷與當(dāng)年最大負(fù)荷比值，負(fù)荷系數(shù)概率分布見圖5。

圖5 春季中午和夜間負(fù)荷系數(shù)概率統(tǒng)計(jì)圖

中午時(shí)段，負(fù)荷系數(shù)在0.35～0.4出現(xiàn)的概率最大，可以占到35%左右；夜間時(shí)段，負(fù)荷系數(shù)在0.3～0.35出現(xiàn)的概率最大，可以占到45%左右；因此建議該地區(qū)春季中午時(shí)段負(fù)荷取年最大負(fù)荷的40%，春季夜間時(shí)段負(fù)荷取年最大負(fù)荷的35%。

選取2019年春季典型日的負(fù)荷數(shù)據(jù)，疊加風(fēng)電、光伏出力數(shù)據(jù)，如圖6所示。風(fēng)電、光伏出力數(shù)據(jù)考慮典型日的風(fēng)電、光伏出力曲線乘以同時(shí)率0.9。

圖6 2019年春季典型日負(fù)荷與新能源出力關(guān)系圖

2019年春季典型日負(fù)荷與新能源出力關(guān)系如圖7所示。由圖中可以看出，該地區(qū)電網(wǎng)新能源裝機(jī)規(guī)模較大，中午時(shí)段新能源出力大于負(fù)荷出力，目前的新能源消納最困難時(shí)段是中午，后續(xù)隨著新能源總量及結(jié)構(gòu)變化，消納困難時(shí)段有可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。

圖7 2019年春季典型日負(fù)荷與新能源出力關(guān)系圖

5 緩解地區(qū)電網(wǎng)新能源消納壓力的措施分析

確定地區(qū)電網(wǎng)新能源消納困難時(shí)段后，后續(xù)將考慮地區(qū)電網(wǎng)各種電源裝機(jī)出力，在計(jì)算地區(qū)電網(wǎng)送出能力的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算主變?nèi)萘?、間隔資源、輸送斷面、全省調(diào)峰能力等，綜合判斷地區(qū)電網(wǎng)新能源消納能力。

提升地區(qū)電網(wǎng)新能源消納能力，可從以下幾個(gè)方案著手：

(1)加裝儲(chǔ)能，平滑新能源電站短時(shí)輸出，提升電網(wǎng)接納友好度。

(2)完善地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，改造電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，提升電網(wǎng)送出能力。

(3)實(shí)施火電深度調(diào)峰，減少新能源大發(fā)時(shí)段全網(wǎng)發(fā)電出力。

6 結(jié)論

綜上所述，通過從負(fù)荷特性、風(fēng)電場(chǎng)出力特性和光伏電站出力特性三個(gè)方面進(jìn)行分析，可以得出春季中午12:00～13:00時(shí)段和夜間3:00～4:00時(shí)段均是新能源消納困難時(shí)段，建議春季中午時(shí)段負(fù)荷取年最大負(fù)荷的40%，春季夜間時(shí)段負(fù)荷取年最大負(fù)荷的35%。研究數(shù)據(jù)可為后期新能源消納能力分析提供重要的支撐，研究過程及結(jié)果可為其他地區(qū)新能源消納提供參考。