大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃設(shè)計

房賢輝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

大規(guī)模風(fēng)電接入已經(jīng)成為我國電網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢，利用風(fēng)力發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤炭發(fā)電能夠有效減少資源浪費，提升發(fā)電的清潔性和經(jīng)濟(jì)性。但受風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電潮流、功率特征等影響，大規(guī)模風(fēng)電接入后電網(wǎng)結(jié)構(gòu)須進(jìn)行調(diào)整。一般電網(wǎng)規(guī)劃方案應(yīng)根據(jù)風(fēng)能供應(yīng)情況、傳輸能力等方面對通道容量、大規(guī)模接入、消納路徑等進(jìn)行設(shè)計，以保障大規(guī)模風(fēng)電接入后電網(wǎng)能夠處于協(xié)調(diào)、穩(wěn)定狀態(tài)。

1 大規(guī)模風(fēng)電接入面臨的挑戰(zhàn)

20世紀(jì)末我國主要以煤炭發(fā)電為主，缺乏科學(xué)規(guī)劃，模式粗放、效益低下。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國電網(wǎng)開始對傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，形成了以風(fēng)能、熱能、核能等多種能源發(fā)電模式，這種大規(guī)模風(fēng)電接入給電網(wǎng)規(guī)劃帶來了巨大挑戰(zhàn)。

如風(fēng)能出力特性與常規(guī)機組存在較大的差異，具有一定的間接性，應(yīng)用時往往存在不同程度的間斷，導(dǎo)致電網(wǎng)不同程度波動。傳統(tǒng)電網(wǎng)中大規(guī)模接入風(fēng)電后，很容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴(yán)重時會引發(fā)電網(wǎng)事故，如表1所示。

2 基于大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃方案

2.1 總體思路

基于大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)從潮流計算、電源規(guī)劃、特性規(guī)劃等情況出發(fā)，形成針對性規(guī)劃方案，其總體思路如圖1所示。

潮流計算。在大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)時應(yīng)依照電網(wǎng)架構(gòu)、功率裝置等分析風(fēng)力發(fā)電下的有功功率和無功功率的潮流變化，優(yōu)化電網(wǎng)并網(wǎng)方式。一般潮流計算的過程中應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)母線情況計算PQ節(jié)點、PV節(jié)點等。但在大規(guī)模風(fēng)電接入后要結(jié)合風(fēng)電機組的特性，有效計算風(fēng)力發(fā)電過程中的電壓迭代，建立PQ模型和PZ模型。

表1 大規(guī)模風(fēng)電輸入對傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響

圖1 大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃思路

電源規(guī)劃。規(guī)劃時應(yīng)從電網(wǎng)狀態(tài)、區(qū)域用電等數(shù)據(jù)出發(fā)，預(yù)測未來用電量需求，確定用電負(fù)荷特性（包括峰值、結(jié)構(gòu)、分布等），全面把握區(qū)域用電情況。同時要對大規(guī)模接入風(fēng)電接入后的出力狀況進(jìn)行全面把握，分析好風(fēng)電處理特性及反調(diào)峰特性，在上述基礎(chǔ)上合理規(guī)劃調(diào)峰調(diào)頻機組建設(shè)，以滿足大規(guī)模風(fēng)電接入后的穩(wěn)定性需求。

方案評估。基于大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃時主要依照綜合評價結(jié)果（包括電網(wǎng)不確定性、可靠性和能源可再生性等規(guī)劃效果）分析規(guī)劃方案的實用性和有效性，選擇最優(yōu)系統(tǒng)。

2.2 規(guī)劃要點

2.2.1 依照風(fēng)電容量，合理設(shè)置機組

風(fēng)電規(guī)劃過程中首先要注重風(fēng)電場的選址。由于風(fēng)能大多分布于較為偏遠(yuǎn)或條件惡劣區(qū)域，供能系統(tǒng)往往與負(fù)荷系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，需大面積遠(yuǎn)程輸送，這就要充分做好風(fēng)電機組選址的規(guī)劃，使其風(fēng)機行列距、輸電半徑等在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，達(dá)到輸電效益的最大化。

其次，要注重風(fēng)電場容量的計算，根據(jù)容量做好電源接入設(shè)計。尤其是大規(guī)模風(fēng)電接入過程中應(yīng)根據(jù)能源的處理場景、通用模型等合理選擇接入方式、補償裝置及并網(wǎng)方式等。在接入過程中電源如距離負(fù)荷區(qū)域較遠(yuǎn)，則可以選擇多點接入，以提升電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，反之則單點接入即可；在補償裝置設(shè)置時可根據(jù)電壓變化情況合理設(shè)置電抗器，做好無功補償，最大限度減少電能損耗；在并網(wǎng)設(shè)計時一般采用雙回線路，且將系統(tǒng)調(diào)速頻率調(diào)整為50 Hz，以保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。除此之外，還要分析電量裕度及冗余、遠(yuǎn)程輸電效益、輸電穩(wěn)定性等，在上述基礎(chǔ)上合理調(diào)整輸電容量值，保證調(diào)峰容量與備用容量符合區(qū)域電網(wǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展。

最后，要做好冗余設(shè)計，根據(jù)變電和輸電情況形成合理的冗余，如電量冗余、線路冗余、裝置冗余等，保證大規(guī)模風(fēng)電接入的科學(xué)性和高效性。隨著風(fēng)力發(fā)電研發(fā)技術(shù)的不斷升級，多能源大規(guī)模輸入已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然方向，在其規(guī)劃設(shè)計中必須為風(fēng)力發(fā)電預(yù)留充足的“空間”。

2.2.2 設(shè)置配套裝置，做好調(diào)峰調(diào)頻

風(fēng)電的隨機波動性、間歇性、可控性差、可預(yù)測性弱等特點，不能像常規(guī)機組一樣控制機組的輸出功率。因此，在大規(guī)模風(fēng)電接入后應(yīng)做好調(diào)峰調(diào)頻機組建設(shè)，通過調(diào)峰電源和大規(guī)模風(fēng)電接入疊加，保證電網(wǎng)出力穩(wěn)定，從而避免電壓失衡問題。

可以根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃模型、網(wǎng)絡(luò)損耗情況等合理進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電接入下的情景分析，全面把握能源間歇性出力造成的負(fù)荷波動、電網(wǎng)損耗等，開展相應(yīng)動態(tài)調(diào)整。如根據(jù)能源網(wǎng)格開展層次分析（AHP），確定多能源下的網(wǎng)格時序，開展面向目標(biāo)網(wǎng)架的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計。

可以將光伏發(fā)電和風(fēng)電構(gòu)成互補系統(tǒng)，以火電作為基荷，熱電作為腰荷，抽水蓄能水電作為短時峰荷，通過調(diào)峰實現(xiàn)有功功率平穩(wěn)處理，提升大規(guī)模風(fēng)電接入的穩(wěn)定性。

必要時還可以在風(fēng)帶變化基礎(chǔ)上采用可中斷負(fù)荷參與到系統(tǒng)調(diào)峰中，從而全面大規(guī)模風(fēng)電接入后電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)精確性和有效性等。

2.3 方案評估

基于大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃設(shè)計時必須把握好近期發(fā)展和長遠(yuǎn)發(fā)展相結(jié)合理念，從以上兩方面形成主動適應(yīng)性規(guī)劃，這樣才能夠有效提升電網(wǎng)的適用性和可持續(xù)發(fā)展效果。

不確定性評估。應(yīng)用多場景概率的方法充分分析不同因素下的風(fēng)電場情況，確定其出力狀況及負(fù)荷變化狀況，在該基礎(chǔ)上全面把握風(fēng)電出力的重要程度和風(fēng)電接入經(jīng)濟(jì)效益，評價方案的可行性。

可靠性評估。大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)規(guī)劃方案評估中應(yīng)將線路過負(fù)荷、N-1事故下線路過負(fù)荷等指標(biāo)引入到規(guī)劃模型中，確定方案的可行性和有效性，實施相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。

可再生性評估。大規(guī)模風(fēng)電接入后出力情況會出現(xiàn)明顯差異，此時要按照風(fēng)電利用指標(biāo)、新能源發(fā)展方向、節(jié)能減排政策等評價規(guī)劃方案的前瞻性，分析其是否符合長遠(yuǎn)發(fā)展需求。

3 結(jié)束語

大規(guī)模風(fēng)電接入給電網(wǎng)發(fā)展帶來了新的機遇，同時也提出了新的挑戰(zhàn)。在我國電網(wǎng)規(guī)劃過程中應(yīng)做好風(fēng)力發(fā)電的協(xié)調(diào)，根據(jù)區(qū)域用電長遠(yuǎn)需求，形成全面、科學(xué)、安全、可靠的規(guī)劃方案。要按照預(yù)測負(fù)荷、能源結(jié)構(gòu)等對電網(wǎng)容量和接入方式進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計合理系統(tǒng)調(diào)峰方案和能源消納方案，從根本上優(yōu)化電網(wǎng)電能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電網(wǎng)運行安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。