袁建黨，晁勤，袁鐵江，李建林,2，李義巖

（1.新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，新疆維吾爾族自治區(qū)烏魯木齊830047；2.中國電力科學(xué)研究院，北京100085）

近年來，風(fēng)電憑借著清潔高效的特點，在世界范圍內(nèi)得到快速的發(fā)展。新疆風(fēng)能資源豐富，擁有9大風(fēng)區(qū)，可開發(fā)利用風(fēng)區(qū)總面積達15萬km2，可裝機容量達8千萬千瓦以上，前景極其廣闊。但是，截止2009年底，新疆風(fēng)電總裝機84萬kW，占系統(tǒng)最大負荷的9.4%，最小負荷的19.22%，風(fēng)力發(fā)電量14.05億千瓦時[1]。所以說，大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電在新疆才剛剛起步，短期將風(fēng)能作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的補充能源，長期將把風(fēng)能發(fā)展為替代常規(guī)能源的主力能源之一[2]。但是，由于風(fēng)本身的隨機性及不可控性使得風(fēng)電出力的隨機波動性增大，影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。同時，根據(jù)《中華人民共和國可再生能源法》，風(fēng)電要全額上網(wǎng)，因此風(fēng)電的波動必然會對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)，國家電網(wǎng)公司為此也發(fā)布了《國家電網(wǎng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》對風(fēng)電并網(wǎng)設(shè)定門檻。因此，合理有效地評估風(fēng)電對電力系統(tǒng)的影響顯得勢在必行。

電力系統(tǒng)運行中要保證發(fā)電與負荷的實時平衡。風(fēng)電出力有波動，負荷同樣有波動，當(dāng)風(fēng)電承擔(dān)了一部分負荷后，常規(guī)能源機組承擔(dān)的負荷波動規(guī)律必然發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起系統(tǒng)運行方式的改變。目前，國內(nèi)外研究主要集中于從理論與仿真的角度考察風(fēng)電對系統(tǒng)的影響[3-4]，并提出了一些提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的方法[5]。

本文依據(jù)實際現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，利用Matlab與Excel軟件編制數(shù)據(jù)處理程序，從風(fēng)電接入系統(tǒng)后引起的剩余負荷的峰谷差及波動大小的變化兩方面分析了直調(diào)風(fēng)電與達坂城風(fēng)電場等幾個典型風(fēng)電場對系統(tǒng)運行的影響，所得結(jié)論對電力系統(tǒng)的調(diào)度及規(guī)劃具有重要的參考價值。

1 風(fēng)電出力對剩余負荷峰谷差的影響

1.1 概述

系統(tǒng)每天的負荷曲線都有一個最高的波峰與一個最小的波谷，如圖1所示，其差值即為該天負荷的最大峰谷差，簡稱峰谷差。為了實現(xiàn)發(fā)電與負荷的實時平衡，發(fā)電機組要根據(jù)負荷的變化實時調(diào)整其出力。當(dāng)峰谷差越大，發(fā)電系統(tǒng)的大幅度調(diào)節(jié)能力要求就越高，有時會使得一些發(fā)電機組長時間低效率運行，甚至噴油運行。

風(fēng)電接入系統(tǒng)以后，如果使得常規(guī)能源機組承擔(dān)的剩余負荷峰谷差減小，說明該風(fēng)電的接入改善了系統(tǒng)運行環(huán)境，否則，將加劇系統(tǒng)運行環(huán)境的惡化。

1.2 新疆電網(wǎng)負荷峰谷差

圖2與圖3分別給出了新疆電網(wǎng)在2009年各天的峰谷差及峰谷差在各區(qū)間的分布情況。

從圖2中可以看出新疆電網(wǎng)夏季負荷的峰谷差要比冬季負荷的峰谷差略大。最大值出現(xiàn)在7月中旬左右。圖3顯示了新疆電網(wǎng)在2009年各天的峰谷差主要分布在1 200～1 500 MW的區(qū)間。

1.3 風(fēng)電接入系統(tǒng)后剩余負荷峰谷差

以直調(diào)風(fēng)電為例，從系統(tǒng)負荷中減去直調(diào)風(fēng)電數(shù)據(jù)，得到常規(guī)能源機組要承擔(dān)的剩余負荷。圖4與圖5給出了剩余負荷的峰谷差及峰谷差的分布。

比較圖5與圖3發(fā)現(xiàn)，直調(diào)風(fēng)電接入以后剩余負荷的峰谷差分布更為分散。接入前，峰谷差集中分布在1 200～1 600 MW之間，接入后的峰谷差大多分布在1 100～1 700MW之間，主要分布區(qū)域變寬，說明直調(diào)風(fēng)電接入后使得一部分天的峰谷差增加，一部分天的峰谷差減小。比較圖4與圖2，峰谷差的季節(jié)性特點基本沒有大的改變，仍然是夏季的較大，但是最大峰谷差出現(xiàn)在10月底左右。最大峰谷差由原來的1 873.9 MW增大到1 952.7MW。通過計算，系統(tǒng)加入直調(diào)風(fēng)電以后，剩余負荷峰谷差年均1 373 MW，相比直調(diào)風(fēng)電加入前的1 371MW增加了2MW，即總體上增大了峰谷差。

相同的方法，表1列出了系統(tǒng)在未接入風(fēng)電、單獨接入直調(diào)風(fēng)電以及單獨接入各典型風(fēng)電場后剩余負荷峰谷差在2009年各個月份及全年的最大值和均值?？崭裉帪轱L(fēng)電場未投運或數(shù)據(jù)收集不全。

為了更明顯地體現(xiàn)各風(fēng)電場的接入對峰谷差的影響，使用各風(fēng)電場接入前后峰谷差變化差值來表示。圖6畫出了直調(diào)風(fēng)電與各典型風(fēng)電場在2009年各月份單獨接入系統(tǒng)引起的峰谷差變化差值曲線。

從圖中可以看出，直調(diào)風(fēng)電在4至10月份的出力增加了平均峰谷差，增加值的峰值出現(xiàn)在7月份，使平均峰谷差增加了45MW。從各個風(fēng)電場的情況來看，小草湖風(fēng)電場對系統(tǒng)的影響最大，其在6至10月份大幅增加了月平均峰谷差，更是在7月份使得月均峰谷差增加了23MW，只在3月份和11月份分別降低了月均峰谷差。

達風(fēng)3場是本文中提到的裝機容量最大的風(fēng)電場，截止2009年底，裝機容量達到159MW，由于采集數(shù)據(jù)不全，只能看到2009年前4個月數(shù)據(jù)，但其在降低峰谷差方面起著非常重大的作用。

天潤風(fēng)電場在投運的幾個月內(nèi)也增加了月均峰谷差，其他幾個風(fēng)電場大體上均小幅拉低月均峰谷差。增大峰谷差說明該風(fēng)電場具有一定的反調(diào)峰作用，對系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、安全穩(wěn)定性帶來威脅。

表1 系統(tǒng)在未接入風(fēng)電、單獨接入直調(diào)風(fēng)電及單獨接入各典型風(fēng)電場后剩余負荷峰谷差/MW

圖6 直調(diào)風(fēng)電與各典型風(fēng)電場引起的月均峰谷差偏差比較

2 風(fēng)電出力對剩余負荷短期波動的影響

2.1 概述

風(fēng)電出力的隨機波動性是風(fēng)電的一大特點。風(fēng)電把隨機波動帶入系統(tǒng)當(dāng)中，同時負荷也有一定的小范圍隨機波動性，這里均指短時間內(nèi)的隨機波動。如果風(fēng)電的隨機波動可以彌合負荷的隨機波動，使得剩余負荷的隨機波動性降低，將有效改善常規(guī)能源機組的運行環(huán)境。假如風(fēng)電接入后，使得常規(guī)能源機組承擔(dān)的負荷隨機波動性更大，即出現(xiàn)了兩種隨機波動的同向疊加，這就要求常規(guī)能源機組有更快更強的反應(yīng)及調(diào)節(jié)能力，以跟蹤所帶負荷的隨機變化，這將加大系統(tǒng)的調(diào)頻壓力。同時，這類機組的效率一般比較低，會使得系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性變差。

2.2 風(fēng)電接入系統(tǒng)后剩余負荷的隨機波動變化

由于原始數(shù)據(jù)的時間間隔為5m in，因此本文也主要分析5min的波動變化。表2為系統(tǒng)在未接入風(fēng)電、單獨接入直調(diào)風(fēng)電及單獨接入1典型風(fēng)電場后剩余負荷平均波動值。

同樣為了方便比較，采用風(fēng)電接入前后平均波動的變化值來表示。圖7畫出了直調(diào)風(fēng)電與各典型風(fēng)電場引起的剩余負荷平均波動的變化值比較曲線。

圖7顯示了直調(diào)風(fēng)電接入系統(tǒng)以后剩余負荷在2009年12個月當(dāng)中的平均波動均得到增加，尤其是在2月份，達到了0.74MW的波動增加峰值，而在1月份、4月份、5月份、10月份、12月份的波動增加值相對較小，特別是12月份的0.19 MW達到了12個月中的波動增加最小值。

表2 系統(tǒng)在未接入風(fēng)電、單獨接入直調(diào)風(fēng)電及單獨接入1典型風(fēng)電場后剩余負荷平均波動值/MW

達風(fēng)3場在第1至4月份使剩余負荷波動性增加較大，增加峰值出現(xiàn)在2月份。達風(fēng)2場也在第1至4月份使剩余負荷波動性增加較大，之后則影響較小，在5月份和8月份使得剩余負荷的波動性下降。

小草湖風(fēng)電場是這幾個典型風(fēng)電場中對剩余負荷波動增加影響較大的一個風(fēng)電場，圖中顯示在6月份到10月份，其引起的波動增加值在各風(fēng)電場中是最高的，在2至4月份也有一個較高的值，只在1月份降低了波動性。

達風(fēng)1場在12個月當(dāng)中主要也是起到增大波動性的作用，只在9月份使得剩余負荷的波動性略微下降。中節(jié)能風(fēng)電場在7月份和12月份降低了剩余負荷的波動，在其他月份均產(chǎn)生增大剩余負荷波動性的作用。瑪依塔斯風(fēng)電場只在3月份降低了剩余負荷的波動。白楊河與天潤風(fēng)電場在投運后的10、11、12月份均抬高了剩余負荷的波動性。

增加剩余負荷的波動對系統(tǒng)運行有害，意味著加大了系統(tǒng)的調(diào)頻壓力，同時使得系統(tǒng)運行效率降低，而減小剩余負荷的波動將有效改善常規(guī)能源機組的運行環(huán)境，使得系統(tǒng)運行經(jīng)濟性提高。從上述分析可以明顯得出各風(fēng)電場在各運行時段對系統(tǒng)運行的友好程度差異。

3 結(jié)語

本文依據(jù)現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)，編制數(shù)據(jù)處理軟件程序，計算了系統(tǒng)在單獨接入直調(diào)風(fēng)電及單獨接入各典型風(fēng)電場后，2009年12個月中的剩余負荷月均峰谷差及剩余負荷每5min的月平均波動值。與風(fēng)電接入系統(tǒng)前的值進行了比較，分析得到各風(fēng)電場在各運行時段對系統(tǒng)運行的影響及對系統(tǒng)運行的友好程度差異。

本文分析及所得結(jié)論可為系統(tǒng)的運行、調(diào)度及規(guī)劃提供重要的依據(jù)與參考，為評估風(fēng)電場對系統(tǒng)的影響開辟了一條新的途徑，同時，也為后續(xù)更加深入的研究奠定了基礎(chǔ)。

[1] 周修杰.2010—2015年新疆風(fēng)力發(fā)電行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告[EB/OL].[2012-02-14].www.ocn.com.cn.

[2] 新疆可再生能源發(fā)展定位與前景分析[EB/OL].[2012-02-14].http://istock.jrj.com.cn/article,002202,2739409.htm l.

[3] 雷亞洲.與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的研究課題[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27(8)：84-87.

[4] 遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的影響[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(3)：77-81.

[5] 劉志富，楊濱，趙旭，等.黑龍江省電網(wǎng)如何提高吸納風(fēng)電能力的分析和建議[J].黑龍江電力，2010，32(3)：172-175.