考慮電力交換的區域電網新能源承載能力測算方法

鄧笑冬，周 野，李 娟，余 虎，蔣云松，胡劍宇，曾雅文

(中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引言

在新能源比重愈加增大的區域電網中，電網運行方式的合理安排以及電網結構的規劃設計必須充分考慮自身對新能源的承載能力，方能保障電網的安全運行與新能源的可靠消納。通過對區域電網新能源承載能力的動態分析，精確掌控其新能源承載能力，對電網新能源發展與規劃具有重要意義。

目前對區域電網新能源承載能力的測算主要采用兩類模式，文獻[1-9]提出的一類是以常規能源發電成本最低為目標評估優化風電出力過程，以電網備用的合理應用應對風電的出力波動實現經濟調度，以有功功率平衡評估電網接納風電的能力；文獻[10-15] 提出基于新能源消納控制不同關鍵因素，以確定的電源結構、調峰能力評估新能源的消納能力。上述兩類測算方法均局限于系統對新能源出力的接納能力的分析，沒能充分考慮區間電力交換對區域電網出力卡口以及新能源承載力的影響，而新能源的承載并不僅僅是指不惜一切代價完全接納新能源，而是尋求系統承載能力的各方面的綜合均衡。

本文基于考慮區間電力交換對區內新能源承載力的影響，研究考慮電力交換的區域電網新能源承載能力的測算方法。該方法在測算規劃年各分區的新能源裝機基礎方案的基礎上，通過電力電量平衡計算、潮流計算結果、“N-1”校核，依次確定豐小方式和豐午方式下區域潮流外送斷面卡口，進而確定豐小方式和豐午方式下區間電力流交換與區內風電裝機承載力、光伏裝機承載力的影響關系，進一步提高新能源承載力測算結果的適應性，為電網網架結構和電源結構的規劃與建設提供更為科學的依據。

1 考慮區間電力交換的區域電網新能源承載能力的測算方法

基于區域內現有新能源裝機情況，測算規劃年各分區的新能源裝機基礎方案，為規劃年目標區域的新能源承載力測算提供數據基礎，然后通過電力電量平衡計算，測算區間電力流交換情況，為規劃年目標區域的新能源承載力測算提供影響因子，最后通過潮流計算、“N-1”校核依次確定豐小方式和豐午方式下區域潮流外送斷面卡口，以及豐小方式和豐午方式下區間電力流交換與區內風電裝機承載力、光伏裝機承載力的影響關系。上述具體流程圖如圖1所示。

圖1 考慮區間電力交換的區域電網新能源承載能力的測算方法流程圖

1.1 規劃年基礎方案

統計分析現有分區新能源裝機布局和在建新能源項目分布情況，根據現有各分區新能源裝機分布情況，以及規劃年全區總裝機規模，確定各分區間的新能源裝機的分布比例，并測算規劃年各分區的新能源裝機基礎方案。

式中：PN為預設的規劃年全區總裝機規模；FN為規劃年全區的風電總裝機規模；GN為規劃年全區的光伏總裝機規模；FN1～FNn為規劃年各分區的風電裝機規模；GN1～GNn為規劃年各分區的光伏裝機規模；F01～F0n為當前各分區的風電裝機規模；F11～F1n為各分區已明確待建的風電裝機規模；G01～G0n為當前各分區的光伏裝機規模；G11～G1n為各分區已明確待建的光伏裝機規模。

1.2 電力平衡計算

根據規劃年各分區新能源裝機基礎方案進行電力平衡計算，測算規劃年目標區域在電力盈余較多的豐小方式和豐午方式下，與外部區域電力交換情況。

式中：Bn為區域內各類裝機規模；bnX、bnW為豐小方式、豐午方式各類裝機的出力系數；GX、GW為豐小方式、豐午方式區域內負荷。

1.3 外送斷面卡口

根據規劃年的網架結構、電源分布情況，結合豐小方式和豐午方式下的電力電量平衡結果進行潮流計算和“N-1”校核，確定豐小方式和豐午方式下目標區間與其他相鄰區間的各電網聯絡線的潮流，結合聯絡線路型號和極限輸送容量等物理參數，進一步確定豐小和豐午方式的區域潮流外送斷面卡口。

“N-1”校核是指在系統中任意一元件開斷后，系統電壓、主變潮流和各線路潮流應滿足相應要求。

式中：Wi為第i條線路的極限輸送容量；Qi為i條線路的“N-1”情況最大輸送潮流，確定Wi和Qi差值最小的線路為區域潮流外送斷面卡口。

1.4 風電裝機承載力

在新能源分布基礎方案潮流計算的基礎上，通常考慮豐小方式出現在晚間，此時光伏無出力，可利用此方式確定目標區域的風電裝機承載力：

式中：FNx為豐小方式下目標區域內風電裝機承載力；GNx為豐小方式下目標區域內光伏裝機承載力，CLx為預設的豐小方式下區域潮流外送斷面卡口的潮流極限，S1為豐小方式下目標區域的電力平衡結果；FN為規劃年全區的風電總裝機規模。

1.5 光伏裝機承載力

根據豐小方式下的區域潮流外送斷面卡口的潮流極限情況下的目標區域的風電裝機承載力、規劃年各分區的新能源裝機基礎方案和豐午方式下目標區間與其他相鄰區間的各電網線路中的最大潮流測算得到滿足豐午方式下的區域潮流外送斷面卡口的潮流極限情況下的目標區域的光伏裝機承載力。

式中：FNw為豐午方式下目標區域內風電裝機承載力；FNx為豐小方式下目標區域內風電裝機承載力；GNw為豐午方式下目標區域內光伏裝機承載力；CLw為預設的豐午方式下區域潮流外送斷面卡口的潮流極限；S2為豐午方式下目標區域的電力平衡結果；GN為規劃年全區的光伏總裝機規模。

2 算例分析

2.1 基礎方案及電力平衡計算

以A省B地區2025年新能源承載能力測算為示例。基礎方案下，該地區2025年考慮風電裝機4 860 MW、光伏裝機1 200 MW。通過電力平衡計算可得出該地區豐小方式、豐午方式分別存在3 197 MW、1 485 MW的電力盈余(如表1所示)，說明該區域主要是以電力外送為主。

表1 2025年基礎方案B地區電力電量平衡 MW

基礎方案下的豐小方式、豐午方式潮流計算結果如圖2、圖3所示。B地區豐小方式和豐午方式存在較大電力盈余，B地區電力盈余主要通過6回500 kV聯絡線送出。同時，西部地區豐小、豐午方式下電力盈余較多，也通過西電東送4回500 kV聯絡線送至東部和南部地區。

圖2 豐小方式基礎潮流

圖3 豐午方式基礎潮流

2.2 風電裝機承載能力測算

在豐小基礎潮流的基礎上，分別對該地區500 kV線路和主變進行“N-1”校核，綜合計算結果得出該地區豐小方式外送斷面的卡口在通道1雙回線路。

通過前文中測算方法，并控制西部東送潮流，對該區域電網風電裝機承載力進行計算分析，結果見表2所列。

表2 區域電網風電裝機規模敏感性分析結果 MW

由表2中計算結果可知，該地區風電裝機規模受西電東送潮流影響，在西電東送2 500 MW潮流的情況下，該地區風電裝機承載力為6 300 MW；在西電東送3 000 MW潮流的情況下，B地區風電裝機承載力為5 300 MW。

2.3 光伏裝機承載能力計算

在情景一確定風電裝機6 300 MW的基礎上，進一步進行豐午方式潮流計算，并對B地區500 kV線路和主變進行“N-1”校核，綜合計算結果得出該地區豐午方式外送斷面的卡口通道1雙回線路雙回線路。

通過應用上文測算方法，并控制西部東送潮流，對該區域電網光伏裝機承載力進行計算分析，結果見表3所列。

表3 B地區電網光伏裝機規模敏感性分析結果 MW

由表3中計算結果可知，B地區風電裝機規模受西電東送潮流影響，在考慮B地區風電裝機規模為6 300 MW的條件不變，在西電東送2 500 MW潮流的情況下，B地區光伏裝機承載力為10 000 MW；在西電東送3 000 MW潮流的情況下，B地區光伏裝機承載力為9 600 MW。在風電裝機規模為5 300 MW、 西電東送3 000 MW潮流的情況下，B地區光伏裝機承載力為10 200 MW。

2.4 電源、電網規劃相關建議

根據上文對B區域電網2025年新能源承載力的分析結果，在西電東送潮流2 500 MW基礎上，該地區風電裝機承載力為6 300 MW，光伏裝機承載力為10 000 MW；在西電東送潮流3 000 MW的基礎上，該地區風電裝機承載力為5 300 MW，光伏裝機承載力為10 200 MW。在B區域后續電源規劃布局中，應在明確的西電東送斷面潮流的基礎上，控制B區域內風電、光伏等新能源開發規模不高于對應的承載力規模。若B區域需在風光承載力規模的基礎上進一步增加開發規模，則需在電網規劃中同步補強對應外送斷面卡口的電網線路，增強電網外送能力。

3 結語

本文提出考慮電力交換的區域電網新能源承載能力測算方法，以區域電網之間的電力流交換作為參考，以區域電網外送斷面卡口作為限制條件，達到量化分析電力交換情況下區域電網風光裝機承載力的目的，一定程度上提高了新能源裝機承載力測算結果的適應性，對電網規劃和新能源布局具有一定的參考意義。在后續的進一步研究中，將考慮在新能源機組側配置穩控裝置等措施，研究進一步提升區域新能源裝機承載規模的方法。