湖北電網典型大負荷日風電光伏出力特性分析

萬 黎，周鯤鵬，王 濤，王 易，舒 欣，劉鈴鈴

(1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430013)

湖北電網典型大負荷日風電光伏出力特性分析

萬 黎1，周鯤鵬1，王 濤1，王 易1，舒 欣1，劉鈴鈴2

(1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力公司武漢供電公司，湖北 武漢 430013)

以湖北省大負荷日為代表日，選取了主要的風電場和光伏電站，獲取了大負荷日的出力曲線，統計了出力分布情況。綜合多日出力數據得到典型的風光出力互補特性，并對風光互補后對湖北省統調負荷的影響進行了分析。

負荷；運行分析；風電；光伏

0 引言

近年來新能源在湖北省快速發展，裝機容量不斷增加，其出力對湖北省電網的影響也不可忽視[1-3]。在傳統的大負荷分析基礎上[4-8]，分析風電和光伏出力的變化規律及其分布特征，對湖北電網運行分析具有重要的參考價值。

2016年迎峰度夏期間，由于高溫酷暑持續時間長，最高氣溫較同期偏高，湖北電網最大用電負荷屢次創新高。2016年7月25日，在連續多天高溫的情況下，湖北主網用電負荷達到28 226 MW，8月1日、8月19日湖北電網最大用電負荷又多次刷新紀錄，其中8月19日最大負荷突破30 000 MW大關，達到30 837 MW。

本文以2016年7月25日、8月1日、8月19日數據為基礎，對湖北省內主要風電和光伏運行情況進行分析，力求反映風電、光伏在大負荷日的運行特征，為湖北電網安全運行及電網規劃建設提供參考。

1 湖北電網風電光伏總體情況

湖北地處江漢平原地區，風能和太陽能資源儲量在中部地區中較為豐富，開發潛力巨大。據估計，湖北風能資源總儲量為13 200 MW，技術可開發容量為6 850 MW，主要分布在鄂東北崗地、鄂東南山區以及江漢平原地區；太陽能年輻射總量為3 963～4 455 MJ/m2，年日照時間為1 400～2 100 h，屬于我國太陽能輻射一般地區，少數地區太陽能資源較差[1]。

本文選取湖北省電網典型的風電場和光伏電站，進行大負荷日分析，選取的集中接入風電場和光伏電站如表1和表2所示。

2 大負荷日風電出力分析

2.1 出力時間特性

風電的出力時間特性指風電出力隨時間的變化情況，本文重點分析大負荷日風電出力時間特性。

2016年典型大負荷日，湖北省主要風電場出力如圖1所示。由圖2～3可知:大負荷日湖北省不同風電場出力差異較大，從各日出力變化曲線上看，呈現“一峰一谷”的特性，但均在夜間22時到5時之間出力較大，白天12時到17時出力較小。風電場最大出力可達到裝機容量的90%以上，可見風電出力具有明顯的反調峰特性。對同一風電場進行比較，可以更好地反映不同典型大負荷日因氣象條件差異導致的出力變化。圖4～7給出了九宮山、鳳鳴、天河口和德勝4個風電場在不同大負荷日的出力情況。

表1 大負荷日集中接入風電場Tab.1 Centralized accessing wind farms on peak-load day

表2 大負荷日分析集中接入光伏電站Tab.2 Centralized accessing photovoltaics on peak-load day

圖1 2016年7月25日主要風電場出力曲線Fig.1 Output of main wind farms on July 25,2016

圖2 2016年8月1日主要風電場出力曲線Fig.2 Output of main wind farms on Aug 1,2016

圖3 2016年8月19日主要風電場出力曲線Fig.3 Output of main wind farms on Aug 19,2016

圖4 2016年大負荷日九宮山風電場出力曲線Fig.4 Output of Jiugngshan wind farm on peak load days

圖5 2016年大負荷日鳳鳴風電場出力曲線Fig.5 Output of Fengming wind farm on peak load days

圖6 2016年大負荷日天河口風電場出力曲線Fig.6 Output of Tianhekou wind farm on peak load days

圖7 2016年大負荷日德勝風電場出力曲線Fig.7 Output of Desheng wind farm on peak load days

由圖4～7可知:風電場受氣象條件影響較大，同一風電場不同大負荷日出力也存在較大差異，其中7月25日、8月1日出力較大，8月19日出力較小。天河口風電場的出力最大值與裝機容量之比最大，達到89.7%。

2.2 出力分布特性

風電的出力分布特性指風電出力在各出力區間的分布情況。由于風電的隨機性和不確定性，各日出力均不相同，本文重點分析大負荷日風電出力分布特性。

2016年典型大負荷日，湖北省主要風電場出力分布如圖8～10所示，圖中每個運行點數對應運行時間為5 min（每天按288個運行點數采集出力數據，下同）。

由圖8～10可知:在大負荷日湖北省主要風電場絕大多數時間出力小于裝機容量的20%，運行時間占81%。出力超過60%的運行時間占7%。其中高于80%出力的運行時間僅占1.6%。

大負荷日風電場發電利用 h數最高為8.2 h，最低為1.17 h。各風電場利用小時數如圖11所示。

圖8 2016年7月25日主要風電場出力分布Fig.8 Distribution of main wind farms output on July 25,2016

圖9 2016年8月1日主要風電場出力分布Fig.9 Distribution of main wind farms output on Aug 1,2016

圖10 2016年8月19日主要風電場出力分布Fig.10 Distribution of main wind farms output on Aug 19,2016

圖11 2016年大負荷日主要風電場利用小時數Fig.11 Utilization hours of main wind farms output on peak load days

3 大負荷日光伏出力分析

3.1 出力時間特性

光伏的出力時間特性與風電出力時間特性相似，指光伏出力隨時間的變化情況，本文重點分析大負荷日光伏出力時間特性。

2016年典型大負荷日，湖北省主要光伏電站出力如圖12～14所示。

圖12 2016年7月25日主要光伏電站出力曲線Fig.12 Output of main photovoltaics on July 25,2016

圖13 2016年8月1日主要光伏電站出力曲線Fig.13 Output of main photovoltaics on Aug 1,2016

圖14 2016年8月19日主要光伏電站出力曲線Fig.14 Output of main photovoltaics on Aug 19,2016

由圖12～14可知:大負荷日湖北省不同光伏出力有一定差異，但曲線變化規律較為一致，從各日出力變化曲線上看，呈現“單峰”的特性，在中午12時到14時之間出力較大，晚20時到早5時無出力。

3.2 出力分布特性

光伏的出力分布特性指光伏出力在各出力區間的分布情況。本文重點分析大負荷日光伏出力分布特性。

2016年典型大負荷日，湖北省主要光伏電站出力分布如圖15～17所示。

圖15 2016年7月25日主要光伏電站出力分布Fig.15 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

圖16 2016年8月1日主要光伏電站出力分布Fig.16 Distribution of main photovoltaics output on Aug 1,2016

圖17 2016年8月19日主要光伏電站出力分布Fig.17 Distribution of main photovoltaics output on Aug 19,2016

由圖15～17可知：在大負荷日湖北省主要光伏電站多數時間出力小于裝機容量的10%，運行時間占58%。出力超過60%的運行時間僅占20%，其中高于80%出力的時間占0.1%。

大負荷日光伏電站發電利用 h數最高為5.2 h，最低為2.5 h。各光伏電站利用小時數如圖18所示。

圖18 2016年大負荷日主要光伏電站利用小時數Fig.18 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

4 大負荷日風電光伏出力互補性分析

由前文分析可知，湖北省光伏、風電的出力有互補特性。風電最大出力一般在晚22時至2時左右，光伏最大出力一般在12時至13時。考慮到全省光伏、風電裝機容量相近，光伏風電總出力在各自峰谷時段互相抵消，減小了出力峰谷差。

考慮全省風電、光伏總裝機容量，平均3個大負荷日的風電、光伏出力數據，得到大負荷日全省風電光伏互補出力如圖19所示。

圖19 2016年大負荷日全省風電光伏互補出力Fig.19 Wind and PV hybrid output on peak load days

由圖19可知風電和光伏互補后的出力呈現明顯的峰谷差，最大出力在中午11時左右，出力約為1 140 MW；最小出力在下午18時左右，出力約為340 MW。互補出力峰谷差約為800 MW，占全省最大負荷的2.6%。

5 大負荷日風電光伏對湖北統調負荷影響

由于風電、光伏接入的均為110 kV及以下電壓等級，因此風電和光伏的出力對于統調負荷有削峰填谷的效果，其結果將導致統調負荷的峰谷差減小。以8月19日為例，風電、光伏使得統調負荷峰谷差從8 819 MW下降到8 346 MW，約平抑負荷峰谷差470 MW，下降了5.3%。圖20給出了有風電、光伏和無風電、光伏情況下，湖北省統調負荷的變化。

圖20 2016年8月19日風電、光伏對統調負荷的影響Fig.20 Effect of unified dispatch load on Aug 19,2016

6 結論

大負荷日湖北省不同風電場出力差異較大，從各日出力變化曲線上看，呈現“一峰一谷”的特性，但均在夜間22時到5時之間出力較大，白天12時到17時出力較小。風電場最大出力可達到裝機容量的90%以上，反調峰特性明顯。大負荷日湖北省不同光伏出力曲線變化規律較為一致，呈現“單峰”的特性。在中午12時到14時之間出力較大，晚20時到早5時無出力。風電、光伏互補后對統調負荷有削峰填谷的作用，使得統調負荷峰谷差減小，8月19日為例，大負荷日風電、光伏互補出力使全省統調負荷峰谷差下降約400 MW。新能源接入后產生的削峰填谷效應，可緩解湖北省電網供電壓力，有利于湖北電網的安全運行。

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Wind Power and Photovoltaics Output Characteristic Analysis during Typical Peak Load in Hubei Grid

WAN Li1，ZHOU Kunpeng1,WANG Tao1，WANG Yi1,SHU Xin1,LIU Lingling2
（1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei 430077，China;2.State Grid Wuhan Power Supply Company，Wuhan Hubei 430013，China）

In this paper several main wind farms and photovoltaics plants in Hubei are selected to analyze their output curve and output distribution of typical peak-load days.The complementary characteristics of wind power and photovoltaics are derived based on multiple peak-load day data,and the influence on unified control load is analyzed.

load;operation analysis;wind power;photovoltaics

TM311

A

1006-3986(2016)12-0014-05

10.19308/j.hep.2016.12.004

2016-11-15

萬 黎(1980)，男，湖北武漢人，博士，高級工程師。