考慮風電電源接入的電網規劃協調研究

陳麗敏

考慮風電電源接入的電網規劃協調研究

陳麗敏

（國網江西省電力公司九江供電分公司）

風電出力本身存在著比較嚴重的風電場選址限制、反調峰性和不確定性等各種問題，電力系統在進行大規模風電并往后需要設置更多的調峰電源和備用電源等，再加上電網結構十分薄弱，具有非常有限的遠距離輸送能力，所以很難消納多數的風電場，甚至會極大的影響到系統的電網規劃、電源規劃和穩定運行等。基于此，本文對考慮風電電源接入的電網規劃協調進行了分析和介紹。

風電；電源接入；電網規劃協調

引言

現在人們面臨著越來越嚴重的環境問題和能源問題，風能本身屬于一種可再生能源，而且沒有污染，再加上其具有越來越低的發電成本，所以受到了很多人的高度重視。然而接入風電電源也會給電網帶來一定的挑戰，這就需要電網立足于風電電源的接入，進行進一步的規劃和協調，在充分發揮風力發電優勢的同時，保障電網規劃的合理性，從而保障供電的穩定性和可靠性。

1 風電電源接入對電網的影響

1.1 風力發電的優勢

對能源結構進行優化是我國經濟發展深層調整的大勢所趨，而要實現這一目標，就必須對可再生能源進行積極的開發和利用。風力發電是一種新能源發電技術，具有較高的可利用程度。當前我國電力系統對風力發電進行了越來越廣泛的應用，立足于系統的負荷需求，對風電場進行引進，能夠對電源結構進行進一步的優化。盡管風力發電具有較高的一次建設成本，但是與火電機組相比，運行費用較低，無需對不可再生的化石燃料進行消耗，還能得到一定的政府補貼[1]。

1.2 風電電源接入對當前電網規劃的挑戰

風電電源接入會給當前的電網規劃帶來一定的挑戰，這是由風電本身的特點造成的。①風力發電具有波動性和間歇性，可能會造成電力系統總輸出功率的不穩定，這就需要其他常規電源具有更強的保障供電的穩定性。②風力發電具有不確定性，因此在電源規劃中還要對規劃模型進行相應的調整。流經機組的風的強度會對風力機組的出力產生較大的影響，因此在規劃的過程中還要考慮到規劃結果會受到不同風強度的不同影響。

在電能質量方面，塔影效應和風速變化會造成風機出力的波動，甚至造成電壓閃變，還可能造成系統電壓的降低或升高，從而造成劇烈的電壓震蕩，帶來諧波污染。在系統費用方面，一般情況下必須留有2～3%的旋轉備用容量，才能保障電網運行的可靠性和安全性，然而由于風力大小對風力機組的影響，風電電源接入勢必要增加，電網的備用容量而且系統的調峰難度也會有所增大。圖1為某地12月各日的風速變化曲線，可見風力發電具有較高的不確定性。

2 包含風電系統的電網潮流計算

要對風電電源接入的電網進行規劃和協調，就必須對其進行潮流計算，并且保障潮流計算的合理性，從而保障電網運行的經濟性、穩定性和安全性。

圖1 某地12月各日的風速變化曲線

一般情況下，在潮流計算中往往將系統先分為三個類別，分別為平衡點、PV節點和PQ節點，然而鑒于風電機組的特殊性，不能將其進行歸類。因此在對電力系統潮流進行求解時，還應該對風電機組本身的特點進行充分的考慮。如果具有較低的精度要求，可以將其歸類為PQ節點，再以已經給出的功率和風速為基礎，對風電機組的武功和有功出力進行計算。一般情況下，出于對風電異步發電機特性的考慮，所以用轉差、電壓和有功函數來表達無功，用風速函數來表達有功[2]。

3 對風電電源接入進行考慮的電網規劃協調框架

預計到2020年，我國將擁有超過2.3億kW的風電裝機，達到4600億kW以上的發電量，在電網規劃中應該對風電電源接入進行考慮，保障風電接入配套和風電規劃的合理性。協調控制系統的總體框架見圖2。

圖2 協調控制系統的總體框架

3.1 保障風電規劃的合理性

風電場的建設位置對于風電規劃非常重要，與此同時還要對風電場的建設容量進行考慮。與常規火電機組不同的是，可以將風電場的選址分為微觀選址和宏觀選擇兩個方面。微觀選址指的是先選定一個較小的區域，然后對風力發電機組進行布置。宏觀選址指的是綜合考慮，某個較大區域內的交通、電網、氣象等不同方面的因素，將合適的小區域找出來。

風電規劃不能套用傳統的電源規劃，這是由風電出力的不確定性造成的。電網規劃協調需要考慮的因素包括系統對電壓的要求、風電場的選址、電網接納風電的能力等。由于注入風電功率而造成的，節點電壓會對系統的風電穿透功率水平進行制約，而且運用穩步潮流計算來對風電穿透功率極限進行給定[3]。

可以運用以下兩種方法來對風電穿透功率的極限進行計算：①隨機模擬，這需要一定的計算時間，但是能夠得到精度較高的結果；②最大負荷計算，精度較低，但是能夠在較短的時間內得出結果。

系統的穩定性還會受到風電場接入的影響，可以使用模擬算法或解析法來對這種影響進行計算。可以運用序貫蒙特卡洛仿真法對風電接入后電網系統所受的影響進行預估，并將線性模型確定下來，目標函數為減負荷最低、調整機組出力。

3.2 規劃風電接入配套的調峰調頻電源

除了要對風電電源的接入進行考慮之外，還要對與其配套的調峰調頻電源進行合理的規劃。與常規機組不同的是，風電的可預測性和可控性較差，而且具有較強的波動性，要對機組的輸出功率進行控制，具有一定的困難。鑒于風電出力具有反調峰特性和間歇性，因此電網系統應該為其配備一定的調峰電源和備用電源，才能對風電接入，造成的不穩定性進行彌補。

由于調峰能力的減弱，電網運行的安全性也受到了一定的影響。因此應該建立接入風電電源的電網規劃的優化模型，該優化模型的目標函數應該是停電損失費用、運行費用和投資費用的最小化，約束條件是系統運行約束數。鑒于風電的特殊性，不能套用常規機組的規劃模型，此時可以將風電和光伏發電作為互補能源系統，從而提高電網系統的調峰能力。除了要增加電源風機組之外，還可以使用中斷負荷來進行調峰，以提高負荷響應的精確性。

4 進一步提高電網與風電電源的協調性

在對風電電源接入電網進行系統規劃之后，還要進一步提高電網系統與風電電源之間的協調性，保障電力市場的平衡，促進二者的協調發展。在大規模開發風電市場的過程中，還應該考慮到消納市場和風電并網的問題，風電分布具有一定的不協調性，電網規劃和電源接入之間很難同時完成協調規劃。

以我國某省調系統為例，該省的電源結構中占比例較大的是供熱機組和小火電，水電的比例較小，大規模風電的開發可能會給系統的調節能力帶來一定的壓力，而本地對于電力的消納能力并不高，需要對風電進行外送，而對風電進行中長距離的輸送，又會帶來較高的成本[4]。

因此而當地考慮將火電和風電聯合起來進行打捆送出，從而使系統的穩定性得到一定的提高，使線路功率的波動得到控制，同時對受端的供電成本進行一定的控制，使風電就更高的競爭力。此外還有其他省對風電與光伏發電系統、風電與抽水蓄能進行互補進行了一定的嘗試。

5 結語

作為一種清潔能源風電能夠滿足國家對于環境保護和節能減排方面的要求，為了保障電網系統的穩定性，應該對風電電源接入后的電網系統進行科學的規劃和協調，對風電資源進行最大化的利用，同時還要保障系統供電的穩定性和安全性。在規劃協調的過程中，應該盡量避免電網規劃和電源規劃之間的脫節，提高二者的協調性。

[1]穆永錚，魯宗相，周勤勇，韓家輝，黃 鑌.基于可靠性均衡優化的含風電電網協調規劃[J].電網技術，2015（01）.

[2]田書欣，程浩忠，曾平良，張立波，馬則良，洪紹云，張建平，Masoud BAZARGAN.大型集群風電接入輸電系統規劃研究綜述[J].中國電機工程學報，2014（10）.

[3]周鯤鵬，方仍存，顏 炯，康重慶，林海英，劉秀坤.電網規劃智能輔助決策系統的設計與實現[J].電力系統自動化，2013（03）.

[4]田廓，邱柳青，曾鳴.基于動態碳排放價格的電網規劃模型[J].中國電機工程學報，2012（04）.

TM715

A

1004-7344（2016）33-0138-02

2016-11-12