閆廣新， 王 凱

（1.新疆電力設(shè)計(jì)院，烏魯木齊830001；2.新疆風(fēng)電工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限責(zé)任公司，烏魯木齊830063）

隨著大規(guī)模風(fēng)電的集中開(kāi)發(fā)利用，風(fēng)電裝機(jī)規(guī) 模逐漸增大，由于風(fēng)電的隨機(jī)性和間歇性，造成風(fēng)電場(chǎng)群輸出功率的大幅度波動(dòng)，其大規(guī)模并網(wǎng)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊和影響。由于影響風(fēng)電接納的因素很多，其中包括調(diào)峰能力、無(wú)功補(bǔ)償、暫態(tài)穩(wěn)定和電能質(zhì)量等諸多因素。如暫態(tài)穩(wěn)定能夠通過(guò)加強(qiáng)電網(wǎng)網(wǎng)架解決，需要在輸電規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等階段進(jìn)行具體論證來(lái)進(jìn)一步解決；而無(wú)功補(bǔ)償方面可以通過(guò)增加無(wú)功配置方法來(lái)加以解決；電能質(zhì)量則需要確定機(jī)組選型及接入系統(tǒng)電壓等級(jí)的方法[1]。影響風(fēng)電接納最主要因素是電網(wǎng)調(diào)峰能力，而其無(wú)法通過(guò)區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)來(lái)解決；因此，本文研究的重點(diǎn)是從電網(wǎng)調(diào)峰能力的角度來(lái)進(jìn)行求取消納風(fēng)電能力，為風(fēng)電接納問(wèn)題和輸電規(guī)劃奠定基礎(chǔ)，為客觀制定風(fēng)電規(guī)劃做好服務(wù)。

1 方法的建立

1.1 方法概述

基于調(diào)峰能力為約束的風(fēng)電場(chǎng)接納能力計(jì)算方法是考慮常規(guī)機(jī)組調(diào)峰能力和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)輸電能力等因素，通過(guò)尖峰預(yù)測(cè)負(fù)荷確定合理開(kāi)機(jī)方式，從而在考慮網(wǎng)損和廠用電的前提下得出尖峰負(fù)荷時(shí)刻的上網(wǎng)電力，在對(duì)火電機(jī)組和水電機(jī)組向下調(diào)整能力分析的基礎(chǔ)上，確定負(fù)荷低谷時(shí)刻最小開(kāi)機(jī)方式。從而得到的最小的網(wǎng)供電力，并結(jié)合低谷最小負(fù)荷，對(duì)典型運(yùn)行方式下，低谷時(shí)刻風(fēng)電接納能力進(jìn)行求取。

在考慮風(fēng)電場(chǎng)集群效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，給出風(fēng)電場(chǎng)可以上網(wǎng)的安全裝機(jī)容量，從而為合理安排風(fēng)電規(guī)劃和調(diào)度策略提供支持[2－4]。

圖1 風(fēng)電接納能力算法框圖

圖1為基于調(diào)峰能力為約束的風(fēng)電接納能力算法框圖，由尖峰、低谷網(wǎng)內(nèi)發(fā)電電力及聯(lián)絡(luò)線(xiàn)輸電電力，折算為上網(wǎng)網(wǎng)供電力后與實(shí)際（或預(yù)測(cè)）負(fù)荷相比較，通過(guò)計(jì)算低谷負(fù)荷預(yù)測(cè)值與最小網(wǎng)供電力的差值，可以求取在典型運(yùn)行方式下風(fēng)電接納能力，并考慮風(fēng)電場(chǎng)集群效應(yīng)情況下，計(jì)算出可接納風(fēng)電裝機(jī)容量。

1.2 負(fù)荷尖峰時(shí)刻供電最大能力求取

通過(guò)給定合理尖峰負(fù)荷開(kāi)機(jī)方式，其尖峰負(fù)荷時(shí)刻開(kāi)機(jī)需滿(mǎn)足一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，且尖峰電源出力包括水、火電機(jī)組出力及聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送出電力。折算網(wǎng)供電力時(shí)機(jī)組出力應(yīng)減掉廠用電及網(wǎng)損，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送出電力應(yīng)考慮網(wǎng)損。根據(jù)網(wǎng)內(nèi)電源及聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送電能力推算尖峰時(shí)刻網(wǎng)供最大電力計(jì)算公式

式中，Pmax為網(wǎng)供最大電力；Ph為火電廠發(fā)電電力；Ps為水電廠發(fā)電電力；δG為電廠廠用電率；δs為輸電網(wǎng)損率；PL為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送出最大電力；δlos為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)損耗率。

通過(guò)對(duì)合理的尖峰負(fù)荷時(shí)刻開(kāi)機(jī)方式求取，需要對(duì)常規(guī)電源（火電機(jī)組和水電機(jī)組）的調(diào)峰能力進(jìn)行分析，用來(lái)求取低谷負(fù)荷時(shí)刻可以達(dá)到的最小網(wǎng)供電力。

1.3 負(fù)荷低谷時(shí)刻最小網(wǎng)供電力求取

最小網(wǎng)供電力是通過(guò)在調(diào)峰能力約束下，降低常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行出力而得出的。在尖峰時(shí)刻開(kāi)機(jī)方式確定的基礎(chǔ)上，考慮廠用電、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)損耗及聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送出電力等情況，求得低谷時(shí)刻最小上網(wǎng)電力為

式中，Pmin為低谷網(wǎng)供最小電力；ε為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)調(diào)整系數(shù)。由于負(fù)荷的時(shí)變性，其電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率在負(fù)荷尖峰、低谷不同時(shí)刻也不相同。

1.4 負(fù)荷低谷時(shí)刻風(fēng)電接納能力求取

結(jié)合預(yù)測(cè)低谷負(fù)荷值，在考慮風(fēng)電場(chǎng)廠用電的同時(shí)，計(jì)算負(fù)荷低谷時(shí)刻可接納風(fēng)電的公式

式中，Pwind為低谷時(shí)刻可接納風(fēng)電電力；Pload為網(wǎng)內(nèi)預(yù)測(cè)最小負(fù)荷值；δwp為風(fēng)電場(chǎng)廠用電率。

考慮風(fēng)電場(chǎng)輸出功率集群效應(yīng)，可以得出電網(wǎng)安全接納風(fēng)電容量如下式

式中，WG為可接納風(fēng)電容量；ρ為風(fēng)電場(chǎng)集群效應(yīng)系數(shù)。

當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)有多座風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，由于風(fēng)能的空間差異性而使得風(fēng)電場(chǎng)群總輸出功率相對(duì)波動(dòng)幅度小于單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)幅度的現(xiàn)象，稱(chēng)之為風(fēng)電場(chǎng)集群效應(yīng)[5－6]。

式中，PΣ·max為風(fēng)電場(chǎng)群實(shí)際總輸出功率；ΣPk為風(fēng)電場(chǎng)群額定容量。

隨著風(fēng)場(chǎng)數(shù)目增加，風(fēng)電場(chǎng)集群系數(shù)ρ隨之減小，通過(guò)對(duì)阿勒泰電網(wǎng)內(nèi)已投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)歷年出力情況分析，表明風(fēng)電場(chǎng)群實(shí)際最大出力水平總小于總的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量，且風(fēng)電場(chǎng)數(shù)目和裝機(jī)規(guī)模越大，實(shí)際出力相對(duì)總裝機(jī)容量百分?jǐn)?shù)越小。目前，阿勒泰電網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)集群系數(shù)約為0.82。

2 阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃

根據(jù)阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，至2015年阿勒泰地區(qū)火電裝機(jī)容量達(dá)到982 MW，均為供熱機(jī)組，水電裝機(jī)容量達(dá)到1 081 MW。阿勒泰電網(wǎng)處在新疆電網(wǎng)的末端，是一個(gè)送端電網(wǎng)，至2015年，將通過(guò)3回220 k V線(xiàn)路接至新疆主電網(wǎng)。該區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃簡(jiǎn)圖

阿勒泰電網(wǎng)與新疆主電網(wǎng)連接的3回220 k V線(xiàn)路由于電氣距離均較長(zhǎng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較弱，經(jīng)計(jì)算，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送出斷面的暫態(tài)穩(wěn)定極限約為600 MW。阿勒泰電網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組均為供熱機(jī)組，需要以熱定電，在冬季出力可調(diào)范圍有限，水電機(jī)組受自然因素的影響，冬季出力受阻嚴(yán)重；因此，冬季特別是小負(fù)荷運(yùn)行方式下，對(duì)阿勒泰風(fēng)電接納能力最為不利。

3 阿勒泰電網(wǎng)風(fēng)電接納能力研究

3.1 計(jì)算條件

參考阿勒泰電網(wǎng)歷年運(yùn)行情況，2015年冬季典型運(yùn)行方式下，水電、火電機(jī)組的廠用電和網(wǎng)損按8%考慮，風(fēng)電場(chǎng)廠用電按2%考慮，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)損耗按1.8%考慮。

根據(jù)阿勒泰地區(qū)電網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，2015年冬季最大負(fù)荷約662 MW，最小負(fù)荷約397 MW。另外，電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中需留有一定旋轉(zhuǎn)備用容量，旋轉(zhuǎn)備容量按最大負(fù)荷的3.5%考慮。

3.2 阿勒泰電網(wǎng)風(fēng)電接納能力計(jì)算

根據(jù)常規(guī)機(jī)組調(diào)峰能力分析，在2015年阿勒泰電源規(guī)劃的基礎(chǔ)上，考慮供熱機(jī)組的調(diào)峰能力為35%，冬季徑流式小水電按裝機(jī)容量30%出力且不參加調(diào)峰。

根據(jù)上述計(jì)算條件，預(yù)留一定旋轉(zhuǎn)備用容量前提下確定開(kāi)機(jī)方式，求取常規(guī)電源最小出力，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送電極限功率按600 MW考慮，計(jì)算出冬季小負(fù)荷典型運(yùn)行方式下阿勒泰電網(wǎng)可接納風(fēng)電電力Pwind，考慮風(fēng)電場(chǎng)集群系數(shù)ρ，得出阿勒泰電網(wǎng)可接納風(fēng)電容WG。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

最大負(fù)荷 662 峰谷差265最小負(fù)荷 397 聯(lián)絡(luò)線(xiàn)送電600 δG＋δs 8%1.8%P min 21 ρ極限功率δwp 2% δlos 0.82 W G 468 P wind 384

通過(guò)計(jì)算可知，基于調(diào)峰能力為約束的阿勒泰地區(qū)風(fēng)電可接納容量為468 MW。至2011年底阿勒泰地區(qū)已建成4座容量分別為49.5 MW風(fēng)電場(chǎng)，批準(zhǔn)在建的有5座容量分別為49.5 MW風(fēng)電場(chǎng)，計(jì)劃2012年底至2013年初逐步建成投產(chǎn)，屆時(shí)阿勒泰地區(qū)風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)445.5 MW，已經(jīng)達(dá)到了該地區(qū)可接納風(fēng)電容量的極限。

阿勒泰電網(wǎng)處于新疆電網(wǎng)北部末端，地區(qū)水能、風(fēng)能資源豐富，其電源開(kāi)發(fā)速度應(yīng)與地區(qū)消納能力和電網(wǎng)送出能力相匹配，電源、電網(wǎng)應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展，避免出現(xiàn)風(fēng)電建設(shè)速度過(guò)快導(dǎo)致的電網(wǎng)送電能力不滿(mǎn)足要求，從而出現(xiàn)的“卡脖子”和棄風(fēng)現(xiàn)象，造成資源的浪費(fèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

在風(fēng)電大量并網(wǎng)的情況下，電力系統(tǒng)調(diào)峰能力將成為風(fēng)電接納能力的瓶頸。本文建立了以調(diào)峰能力為約束的風(fēng)電接納能力的計(jì)算方法，根據(jù)阿勒泰地區(qū)“十二五”規(guī)劃的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和裝機(jī)情況，計(jì)算出了阿勒泰地區(qū)至2015年最大可接納風(fēng)電裝機(jī)容量。本文提出的基于調(diào)峰能力為約束的風(fēng)電接納能力計(jì)算方法，以及計(jì)算出的阿勒泰地區(qū)2015年最大可接納的風(fēng)電裝機(jī)容量，可為有關(guān)部門(mén)在制定風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)發(fā)展規(guī)模時(shí)提供科學(xué)分析的手段和理論依據(jù)。該方法也可應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行調(diào)度。

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