區域電網風水互補方案研究

李宏偉

(云南電網公司，昆明 650011)

區域電網風水互補方案研究

李宏偉

(云南電網公司，昆明 650011)

對地區水電和風電典型出力特性進行了分析，通過電力電量平衡計算，得出風水互補的結論。該文創新性地提出了風電-水電集控優化調度的調控方式，同時在云南電網的范圍內對風電、火電、水電之間調節速度進行分析，定性地解決了風電功率變化是否超過電網水火電出力的調節速度問題，為風電-水電集控優化調度提供理論依據。

風電-水電互補；風電-水電集控優化調度；電源調節速度

0 前言

目前對風電與水電互補運行的研究較少，缺少深入分析和數據支撐，已有的風水互補研究基本還停留在思路和理論階段，對抽水蓄能電站與風電配合運行、風電與電力系統的優化調度等方面有所研究，但針對具體工程的風水互補研究，還是空白，文中通過對楚雄地區水電和風電典型出力特性進行分析，得出風水互補的結論，并提出了風電-水電集控優化調度的調控方式，對風電的發展起到積極的促進作用。

1 地區資源概況

1)“十二五”末期，境內水電主要為中小水電，無金沙江干流水電項目，2015年楚雄州境內中小水電裝機規模預計達到49萬kW。

2)風能資源及開發情況，風能較為豐富，預計2015年裝機規模能夠達到130萬kW。

2 風-水出力特性互補分析

2.1 水電出力特性

小水電裝機容量為31.2萬kW，全年小水電供電量為7.586 8億kW.h，利用小時數僅為2 434 h。幾乎沒有棄水的現象發生，小水電出力特性按日調節特性電站和徑流式電站兩類區分，年利用小時數分別約為3 900 h和1 500 h，月平均出力曲線如圖1所示。中小水電出力受來水影響，從11月份開始進入枯期，中小水電月平均出力逐月遞減；6月份開始進入汛期，水電出力回升，當地徑流電站10月出力最大。

圖1 中小水電月平均出力曲線

2.2 風電出力特性

風電場月平均出力曲線如圖2所示。

圖2 風電場月平均出力曲線

風電出力受當地特殊的氣候和地理位置影響，汛期6～10月風速較小，10月中下旬后，近地面風速增大，冬春季風力最強，5月后漸漸減弱，風能資源總體呈現冬春季大，夏秋季小的特點，因此風電場出力具有枯期出力大、汛期出力小的特性，其中2-4月出力較大。

2.3 風電-水電出力互補特性分析

楚雄2015年和2020年逐月電量和電力供需分別如圖3和圖4所示。

圖3 逐月電量供需示意圖

圖4 逐月電力供需示意圖

從上圖可以看出，在風電接入之前，小水電月供電量與系需電量走勢相反，供需矛盾嚴重，系需電量豐枯比49：51，而小水電發電量豐枯比70：30。例如，3至4月即春節過后，工廠開始逐步恢復生產用電，楚雄州內用電迎來一個小高峰，但是水電發電量從3月開始逐月遞減；6至9月是楚雄州用電的一個低谷時間段，而該時段進入汛期，水電發電量逐月增加。10月過后同樣用電量增加，小水電發電量反而減小。

風電場并網發電后，風電發電量豐枯比為31：69，風電和水電出力特性正好互補，兩者結合2015年發電量豐枯比達39：61。對于楚雄電網而言，開發水電的同時，也適宜同步開發風電，風電并網可以優化州內電源結構，減輕供需矛盾。

采取水電-風電聯合開發方式，可以克服風電供應的間歇性問題，為豐富、清潔、廉價的風電成為化石燃料的替代能源創造了條件，也為水電運行增加了姊妹能源。

3 風-水優化調度

3.1 風水互補實現方案

在楚雄地區建立區域集控中心，設置一套集控主站系統，實現所轄各風電場、水電站的實時數據遠程傳輸至集控中心，集控中心將水電的發電曲線及風功率預測數據進行統一分析處理后，將各風電場、水電站的發電曲線建議提供給調度中心，實現風水互補的優化調度，實現以最小的資源消耗和最少的污染物排放滿足相同的電力需求。同時風水電在集控模式下統籌安排檢修策略，提高風、水電上網的經濟性。

通過設置集控中心，可以實現減員增效，提高工作效率。

3.2 水電對風電出力調節

風電出力隨機波動，風力發電機的輸出功率主要取決于風輪機輪轂高度處的風速，水電出力也具有隨機性，水電廠的發電情況取決于降水、降雪形成的徑流量，水電廠的運行還與水庫的調節庫容、水庫的運行約束密切相關，表現為隨豐枯季節性波動，具有調節庫容的水電廠依靠蓄水可以抑制短期波動。風水互補發電系統是風力發電系統與水力發電系統的有機結合與調度，當風電場對電網的出力隨機波動時，水電站可快速調節發電機的出力，對風電場出力進行補償。對2015年云南水、火電在同一分鐘最大出力變化量進行統計計算，結果見表2，2015年云南水、火電在同一分鐘最大出力變化量為：枯期169萬kW/min，汛期722萬kW/min，均大于風電功率變化量為89萬kW/min。云南水火電出力的調節速度能夠滿足風電功率的變化速度。

表1 2015年云南風電功率變化量

表2 2015年云南水火電功率變化量

3.3 風水互補運行方式

1)季調節，風能資源與水力資源在資源分布上二者有著天然的時間互補性。夏季風速小，風電場的出力較低，而這時候正是雨量充沛的時候，水電站可多承擔相應的負荷。到了冬春時節，水庫的水位較低，水電站的出力不足，而這時風電場的風速較大，能夠承擔更多的負荷。風電的年際波動較小，在枯水季節風電場的出力可以彌補水電出力的下降。

由于風電的大風季節剛好和水電的枯水期時段相同，可在枯水期集中進行水電的檢修工作，在汛期集中進行風電的檢修維護工作，使檢修人員能得到充分利用。

2)周調節，在各風電場設置風功率預測系統，根據風電場氣象信息有關數據，利用物理模擬計算和科學統計方法，對風電功率進行短期預報，即預測未來3天的功率，合理安排風電及水電的運行方式。楚雄片區水電調節庫容為9 246萬m3。從已并網運行的水電站平均入庫流量和各自調節庫容來看，枯季已建水電站的日平均入庫水量為117萬m3，調節庫容為2 128萬m3，水電站具有多日調節能力。根據云南省風電場實際運行調研結果，云南并無典型的多日持續大風過程，一般一個大風過程持續時間不超過2～3天。因此，當風功率預測較大時，短期內可考慮水庫蓄水，減少水電出力，反之，則加大水電出力。水電站具有出力調節能力強、反應速度快的優點，可以利用水電的優勢去彌補風電的不可調度性，水電出力曲線優化如圖5。

4 風水互補預期成果

1)研究小水電資源與風能在時空量序上的互補關系，為以后其他地區開展風水互補的設計提供建議及優化方案，為集控與調度聯合操作提供運行經驗。

圖5 風電及水電的周調節運行方式

3)日調節，日調節方式與周調節類似，對風電功率進行24小時內功率預測，合理安排風電及水電的運行方式，同樣利用水電的優勢去彌補風電的不可調度性，水電出力曲線優化如圖6。

圖6 風電及水電的日調節運行方式

2)研究風電裝機容量占互補系統總容量比例的極限值與最佳值。

3)研究風水互補發供電系統的運行管理方法及經濟性評價方法。

5 結束語

1)風能資源與水力資源在資源分布上二者有著天然的時間互補性。采取水電-風電聯合開發方式，可以優化楚雄州內電源結構，減輕供需矛盾，克服風電供應的間歇性問題。同時，風電的大風季節剛好和水電的枯水期時段相同，可在枯水期集中進行水電的檢修工作，在汛期集中進行風電的檢修維護工作， 使檢修人員能得到充分利用。

2)建立區域集控中心，減少運行人員，提高經濟效益的同時，區域集控中心可接受電網的AGC指令，匯聚各風電場、水電站的信息并進行分析處理，預計周、日可調出力，提供發電曲線建議給調度，從而實現風水互補的優化調度，水電、風電在集控模式下可達到水風電的經濟運行。

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[4] 范永威.風-水電聯合優化運行研究 [D].河海大學，2007.

Study on Wind Power and Hydropower Complementarity Theory and Embodiments in Reginal Power Grid

LI Hongwei
(Yunnan power grid corporation，Kunming 650011)

This paper studied hydropower and wind power output characteristics of Chuxiong region，and calculated electric power and energy balance，and deduced wind power and hydropower complementary conclusions.This paper put forward wind powerhydro regulation by centralized control to optimize scheduling.This paper also analysis speed control of wind power，thermal power and hydropower in power grid of Yunnan，and resolved the issue whether changes of power output in wind power exceed hydro thermal power output adjustment speed.Provided a theoretical basis optimal control of wind power-hydropower.

wind power and hydropower complementary；wind power-hydro regulation by centralized control；ramp rate of generator

TM73

B

1006-7345(2014)05-0025-03

2014-05-06

李宏偉 (1982)，女，碩士，工程師，云南電網公司，從事電網規劃相關工作 (e-mail)21731511＠qq.com。