電網(wǎng)風(fēng)電消納能力計(jì)算方法分析

劉 勇，田曉軍，夏保安，馬 毅 ，孫金水

(1.河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031；2.河北能源工程設(shè)計(jì)有限公司，石家莊 050010)

1 概述

在評(píng)估電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力時(shí)，常規(guī)風(fēng)電消納能力的計(jì)算方法通常以設(shè)計(jì)水平年或典型季節(jié)的電網(wǎng)最大負(fù)荷為邊界條件計(jì)算電網(wǎng)的調(diào)峰裕度，并認(rèn)為調(diào)峰裕度就是可接納風(fēng)電的裝機(jī)容量。常規(guī)方法較為粗放，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：從風(fēng)電負(fù)荷看，由于風(fēng)電的最大負(fù)荷均小于其裝機(jī)容量，簡(jiǎn)單的認(rèn)為調(diào)峰裕度等于裝機(jī)容量將造成風(fēng)電消納能力結(jié)果偏小；從電網(wǎng)調(diào)峰裕度看，即使相同的開(kāi)機(jī)方式，每日的調(diào)峰裕度也是不同的，以最大負(fù)荷為邊界條件將造成其結(jié)果偏大。由于常規(guī)計(jì)算方法并未考慮到以上兩方面的影響因素，因此探尋一種較為精確的電網(wǎng)風(fēng)電消納能力的計(jì)算方法是較為必要的。

下面提出的計(jì)算方法是以某風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析風(fēng)電的負(fù)荷特性，確定在負(fù)荷高峰時(shí)風(fēng)電可不計(jì)入或少計(jì)入負(fù)荷，在負(fù)荷低谷時(shí)按等效容量計(jì)入負(fù)荷；結(jié)合負(fù)荷特性，以平均調(diào)峰裕度代替最大調(diào)峰裕度。最后，在以上研究的基礎(chǔ)上，得到電網(wǎng)所能承受的最大風(fēng)電裝機(jī)容量，并針對(duì)典型電網(wǎng)計(jì)算其風(fēng)電消納能力。

2 風(fēng)電消納能力計(jì)算新方法

2.1 風(fēng)電日負(fù)荷特性

圖1為張家口某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電日負(fù)荷曲線(xiàn)，由圖1可看出，風(fēng)電日負(fù)荷呈典型的“反負(fù)荷”特性，即在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)段風(fēng)電一般處于小負(fù)荷甚至0負(fù)荷狀態(tài)，而電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)段風(fēng)電處于大負(fù)荷狀態(tài)。

圖1 風(fēng)電日負(fù)荷曲線(xiàn)

2.2 風(fēng)電等效容量系數(shù)

該風(fēng)電場(chǎng)年最大負(fù)荷80.8 MW，即最大日負(fù)荷/裝機(jī)容量為0.81。若綜合風(fēng)電負(fù)荷概率、系統(tǒng)調(diào)峰等因素，可認(rèn)為風(fēng)電的等效容量系數(shù)β應(yīng)小于0.81，風(fēng)電等效容量系數(shù)β為根據(jù)風(fēng)電的負(fù)荷概率，綜合考慮系統(tǒng)調(diào)峰和送出工程，使系統(tǒng)達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的風(fēng)電最大負(fù)荷與裝機(jī)容量的比值。

單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的等效容量系數(shù)與所在區(qū)域的風(fēng)力分布有關(guān)，大規(guī)模或多個(gè)區(qū)域的風(fēng)電場(chǎng)由于各區(qū)域風(fēng)力達(dá)到最大值的時(shí)刻并不相同，其綜合負(fù)荷的等效容量應(yīng)小于各風(fēng)電場(chǎng)等效容量之和，即風(fēng)電等效容量系數(shù)隨著風(fēng)電規(guī)模的增大而減小。一般來(lái)說(shuō)，單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的等效容量系數(shù)β可取0.8左右，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電基地可取0.5～0.8。

根據(jù)以上分析可得出：在負(fù)荷高峰時(shí)，風(fēng)電負(fù)荷較小，其負(fù)荷保證率較低，因此在確定電網(wǎng)開(kāi)機(jī)方式時(shí)可不計(jì)入或少計(jì)入風(fēng)電負(fù)荷；而在負(fù)荷低谷時(shí)，風(fēng)電負(fù)荷較大，此時(shí)可按風(fēng)電等效容量計(jì)入電源負(fù)荷。

2.3 電網(wǎng)平均調(diào)峰裕度

對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)的最大負(fù)荷確定了電網(wǎng)的開(kāi)機(jī)方式，而同樣開(kāi)機(jī)方式下的各日負(fù)荷卻是不同的，這將造成各日的調(diào)峰裕度也是不同的。因此，為計(jì)算各日調(diào)峰裕度對(duì)電網(wǎng)消納風(fēng)電能力的影響，就需引入平均調(diào)峰裕度這一概念，平均調(diào)峰裕度可根據(jù)最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)峰裕度、月不均衡系數(shù)得到。

2.3.1 最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)峰裕度

電網(wǎng)調(diào)峰裕度主要與電網(wǎng)的最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、電源開(kāi)機(jī)及最小技術(shù)負(fù)荷等因素相關(guān)。

對(duì)孤立電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，最大負(fù)荷Pmax確定了電網(wǎng)中的機(jī)組運(yùn)行容量P開(kāi)機(jī)，而機(jī)組的最小技術(shù)負(fù)荷P電網(wǎng)小應(yīng)小于電網(wǎng)最小負(fù)荷Pmin，機(jī)組最小技術(shù)負(fù)荷與最小負(fù)荷的差值即為電網(wǎng)的調(diào)峰裕度P調(diào)峰，見(jiàn)圖2。

圖2 電網(wǎng)運(yùn)行情況

對(duì)于聯(lián)合電網(wǎng)，調(diào)峰裕度的計(jì)算方法與簡(jiǎn)單電網(wǎng)基本相同，只是將聯(lián)絡(luò)線(xiàn)在負(fù)荷高峰、低谷時(shí)的潮流分別計(jì)入開(kāi)機(jī)容量和最小技術(shù)負(fù)荷即可。

總的來(lái)說(shuō)，若P調(diào)峰為正值，表明系統(tǒng)可最大承受P調(diào)峰的風(fēng)電負(fù)荷；若P調(diào)峰為負(fù)值，則表明系統(tǒng)自身的調(diào)峰都存在較大困難，不具備消納風(fēng)電的能力。

2.3.2 平均調(diào)峰裕度

計(jì)算電網(wǎng)平均調(diào)峰裕度可引入月不均衡系數(shù)σ(該系數(shù)為月平均負(fù)荷與月內(nèi)最大負(fù)荷日平均負(fù)荷的比值)，這樣可得到電網(wǎng)的平均調(diào)峰裕度Pav調(diào)峰=P調(diào)峰×σ。引入月不均衡系數(shù)來(lái)計(jì)算電網(wǎng)平均調(diào)峰裕度，這樣可計(jì)及負(fù)荷變化引起的調(diào)峰裕度變化，將一定程度的提高計(jì)算精度。

2.4 電網(wǎng)風(fēng)電消納能力計(jì)算

對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其能接受的風(fēng)電最大負(fù)荷為每日的調(diào)峰裕度，再考慮風(fēng)電的等效容量系數(shù)，這樣可得到電網(wǎng)所能承受的風(fēng)電最大裝機(jī)容量，即電網(wǎng)所能承受的風(fēng)電最大裝機(jī)容量S風(fēng)電=Pav調(diào)峰/β。

3 典型系統(tǒng)風(fēng)電消納能力計(jì)算

3.1 計(jì)算條件

按照上述計(jì)算公式，對(duì)典型孤立系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力進(jìn)行計(jì)算，典型系統(tǒng)有以下假設(shè)條件。

a. 假定電網(wǎng)最大負(fù)荷為100 MW，月不均衡系數(shù)σ分別取1.0、0.96、0.95 3種情況計(jì)算電網(wǎng)的日均最小負(fù)荷。

b. 系統(tǒng)熱備用系數(shù)取8%，由此可確定機(jī)組的開(kāi)機(jī)容量為108 MW。機(jī)組的綜合技術(shù)最小負(fù)荷和電源裝機(jī)構(gòu)成、各類(lèi)電源的調(diào)峰特性有關(guān)。對(duì)于一個(gè)特定系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式確定后，其機(jī)組綜合最小負(fù)荷也就是一特定值，該次按50%計(jì)算，即54 MW。

c. 在負(fù)荷高峰時(shí)，不計(jì)入風(fēng)電負(fù)荷；而在負(fù)荷低谷時(shí)，風(fēng)電按等效容量系數(shù)計(jì)入負(fù)荷，該次計(jì)算等效容量系數(shù)分別取1.0、0.75、0.8。

3.2 計(jì)算結(jié)果及其分析

根據(jù)以上邊界條件，得到典型系統(tǒng)風(fēng)電消納能力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 典型系統(tǒng)風(fēng)電消納能力計(jì)算結(jié)果

由表1的計(jì)算結(jié)果可看出：當(dāng)考慮月不均衡系數(shù)后，電網(wǎng)的平均調(diào)峰裕度隨月不均衡系數(shù)的降低而降低。當(dāng)考慮月不均衡系數(shù)、風(fēng)電的等效容量系數(shù)后，電網(wǎng)最大允許的風(fēng)電裝機(jī)容量的計(jì)算結(jié)果等能與常規(guī)算法相同。對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，其風(fēng)電等效容量系數(shù)較小，采用該方法計(jì)算的結(jié)果可能較常規(guī)方法大；對(duì)于小規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，其計(jì)算結(jié)果則可能較常規(guī)方法小。

4 結(jié)束語(yǔ)

該文介紹了電網(wǎng)接納風(fēng)電能力計(jì)算的一種新方法。由典型系統(tǒng)的算例計(jì)算結(jié)果可知，在計(jì)及風(fēng)電負(fù)荷特征與電網(wǎng)調(diào)峰裕度的影響時(shí)，電網(wǎng)最大允許風(fēng)電裝機(jī)容量的計(jì)算結(jié)果受風(fēng)電場(chǎng)的等效容量系數(shù)影響較大。隨著風(fēng)電的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，電網(wǎng)風(fēng)電消納能力問(wèn)題將進(jìn)一步突出，以上提出的計(jì)算方法對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估電網(wǎng)風(fēng)電消納能力具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓小琪，孫壽廣， 戚慶茹.從系統(tǒng)調(diào)峰角度評(píng)估電網(wǎng)接納風(fēng)電能力[J].中國(guó)電力，2010，43(6)：16-19.