基于調峰能力為約束的阿勒泰地區風電接納能力研究

閆廣新， 王 凱

（1.新疆電力設計院，烏魯木齊830001；2.新疆風電工程設計咨詢有限責任公司，烏魯木齊830063）

隨著大規模風電的集中開發利用，風電裝機規 模逐漸增大，由于風電的隨機性和間歇性，造成風電場群輸出功率的大幅度波動，其大規模并網將會對電網產生沖擊和影響。由于影響風電接納的因素很多，其中包括調峰能力、無功補償、暫態穩定和電能質量等諸多因素。如暫態穩定能夠通過加強電網網架解決，需要在輸電規劃和系統設計等階段進行具體論證來進一步解決；而無功補償方面可以通過增加無功配置方法來加以解決；電能質量則需要確定機組選型及接入系統電壓等級的方法[1]。影響風電接納最主要因素是電網調峰能力，而其無法通過區域電網建設來解決；因此，本文研究的重點是從電網調峰能力的角度來進行求取消納風電能力，為風電接納問題和輸電規劃奠定基礎，為客觀制定風電規劃做好服務。

1 方法的建立

1.1 方法概述

基于調峰能力為約束的風電場接納能力計算方法是考慮常規機組調峰能力和聯絡線輸電能力等因素，通過尖峰預測負荷確定合理開機方式，從而在考慮網損和廠用電的前提下得出尖峰負荷時刻的上網電力，在對火電機組和水電機組向下調整能力分析的基礎上，確定負荷低谷時刻最小開機方式。從而得到的最小的網供電力，并結合低谷最小負荷，對典型運行方式下，低谷時刻風電接納能力進行求取。

在考慮風電場集群效應研究的基礎上，給出風電場可以上網的安全裝機容量，從而為合理安排風電規劃和調度策略提供支持[2－4]。

圖1 風電接納能力算法框圖

圖1為基于調峰能力為約束的風電接納能力算法框圖，由尖峰、低谷網內發電電力及聯絡線輸電電力，折算為上網網供電力后與實際（或預測）負荷相比較，通過計算低谷負荷預測值與最小網供電力的差值，可以求取在典型運行方式下風電接納能力，并考慮風電場集群效應情況下，計算出可接納風電裝機容量。

1.2 負荷尖峰時刻供電最大能力求取

通過給定合理尖峰負荷開機方式，其尖峰負荷時刻開機需滿足一定的旋轉備用容量，且尖峰電源出力包括水、火電機組出力及聯絡線送出電力。折算網供電力時機組出力應減掉廠用電及網損，聯絡線送出電力應考慮網損。根據網內電源及聯絡線送電能力推算尖峰時刻網供最大電力計算公式

式中，Pmax為網供最大電力；Ph為火電廠發電電力；Ps為水電廠發電電力；δG為電廠廠用電率；δs為輸電網損率；PL為聯絡線送出最大電力；δlos為聯絡線損耗率。

通過對合理的尖峰負荷時刻開機方式求取，需要對常規電源（火電機組和水電機組）的調峰能力進行分析，用來求取低谷負荷時刻可以達到的最小網供電力。

1.3 負荷低谷時刻最小網供電力求取

最小網供電力是通過在調峰能力約束下，降低常規機組的運行出力而得出的。在尖峰時刻開機方式確定的基礎上，考慮廠用電、聯絡線損耗及聯絡線送出電力等情況，求得低谷時刻最小上網電力為

式中，Pmin為低谷網供最小電力；ε為聯絡線調整系數。由于負荷的時變性，其電網聯絡線功率在負荷尖峰、低谷不同時刻也不相同。

1.4 負荷低谷時刻風電接納能力求取

結合預測低谷負荷值，在考慮風電場廠用電的同時，計算負荷低谷時刻可接納風電的公式

式中，Pwind為低谷時刻可接納風電電力；Pload為網內預測最小負荷值；δwp為風電場廠用電率。

考慮風電場輸出功率集群效應，可以得出電網安全接納風電容量如下式

式中，WG為可接納風電容量；ρ為風電場集群效應系數。

當電網內有多座風電場時，由于風能的空間差異性而使得風電場群總輸出功率相對波動幅度小于單個風電場輸出功率的波動幅度的現象，稱之為風電場集群效應[5－6]。

式中，PΣ·max為風電場群實際總輸出功率；ΣPk為風電場群額定容量。

隨著風場數目增加，風電場集群系數ρ隨之減小，通過對阿勒泰電網內已投運的風電場歷年出力情況分析，表明風電場群實際最大出力水平總小于總的風電場裝機容量，且風電場數目和裝機規模越大，實際出力相對總裝機容量百分數越小。目前，阿勒泰電網內風電場集群系數約為0.82。

2 阿勒泰地區電網規劃

根據阿勒泰地區電網“十二五”發展規劃，至2015年阿勒泰地區火電裝機容量達到982 MW，均為供熱機組，水電裝機容量達到1 081 MW。阿勒泰電網處在新疆電網的末端，是一個送端電網，至2015年，將通過3回220 k V線路接至新疆主電網。該區域電網規劃簡圖如圖2所示。

圖2 阿勒泰地區電網規劃簡圖

阿勒泰電網與新疆主電網連接的3回220 k V線路由于電氣距離均較長，網架結構較弱，經計算，聯絡線送出斷面的暫態穩定極限約為600 MW。阿勒泰電網內火電機組均為供熱機組，需要以熱定電，在冬季出力可調范圍有限，水電機組受自然因素的影響，冬季出力受阻嚴重；因此，冬季特別是小負荷運行方式下，對阿勒泰風電接納能力最為不利。

3 阿勒泰電網風電接納能力研究

3.1 計算條件

參考阿勒泰電網歷年運行情況，2015年冬季典型運行方式下，水電、火電機組的廠用電和網損按8%考慮，風電場廠用電按2%考慮，聯絡線損耗按1.8%考慮。

根據阿勒泰地區電網“十二五”發展規劃，2015年冬季最大負荷約662 MW，最小負荷約397 MW。另外，電網在運行過程中需留有一定旋轉備用容量，旋轉備容量按最大負荷的3.5%考慮。

3.2 阿勒泰電網風電接納能力計算

根據常規機組調峰能力分析，在2015年阿勒泰電源規劃的基礎上，考慮供熱機組的調峰能力為35%，冬季徑流式小水電按裝機容量30%出力且不參加調峰。

根據上述計算條件，預留一定旋轉備用容量前提下確定開機方式，求取常規電源最小出力，聯絡線送電極限功率按600 MW考慮，計算出冬季小負荷典型運行方式下阿勒泰電網可接納風電電力Pwind，考慮風電場集群系數ρ，得出阿勒泰電網可接納風電容WG。具體計算結果見表1。

最大負荷 662 峰谷差265最小負荷 397 聯絡線送電600 δG＋δs 8%1.8%P min 21 ρ極限功率δwp 2% δlos 0.82 W G 468 P wind 384

通過計算可知，基于調峰能力為約束的阿勒泰地區風電可接納容量為468 MW。至2011年底阿勒泰地區已建成4座容量分別為49.5 MW風電場，批準在建的有5座容量分別為49.5 MW風電場，計劃2012年底至2013年初逐步建成投產，屆時阿勒泰地區風電總裝機容量將達445.5 MW，已經達到了該地區可接納風電容量的極限。

阿勒泰電網處于新疆電網北部末端，地區水能、風能資源豐富，其電源開發速度應與地區消納能力和電網送出能力相匹配，電源、電網應協調發展，避免出現風電建設速度過快導致的電網送電能力不滿足要求，從而出現的“卡脖子”和棄風現象，造成資源的浪費。

4 結 語

在風電大量并網的情況下，電力系統調峰能力將成為風電接納能力的瓶頸。本文建立了以調峰能力為約束的風電接納能力的計算方法，根據阿勒泰地區“十二五”規劃的電網結構和裝機情況，計算出了阿勒泰地區至2015年最大可接納風電裝機容量。本文提出的基于調峰能力為約束的風電接納能力計算方法，以及計算出的阿勒泰地區2015年最大可接納的風電裝機容量，可為有關部門在制定風力發電場發展規模時提供科學分析的手段和理論依據。該方法也可應用于電力系統規劃和運行調度。

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