孫榮富，徐海翔，吳林林，林弋莎，喬穎*

（1.國(guó)網(wǎng)冀北電網(wǎng)有限公司調(diào)度控制中心，北京市 西城區(qū) 100031；2.國(guó)網(wǎng)冀北電網(wǎng)有限公司電力科學(xué)研究院，北京市 西城區(qū) 100018；3.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市 海淀區(qū) 100084）

0 引言

“雙碳”發(fā)展目標(biāo)下，風(fēng)力發(fā)電將發(fā)揮愈加重要的作用[1]，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量占比將達(dá)21%，到2050年將達(dá)約30%[2]?！叭薄钡貐^(qū)憑借其風(fēng)力資源優(yōu)勢(shì)，有望再次成為風(fēng)電開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)區(qū)域。以2020年為例，當(dāng)年“三北”地區(qū)新增風(fēng)電并網(wǎng)容量占全國(guó)新增總?cè)萘康?0%[3]。

但是，風(fēng)電的發(fā)電能力強(qiáng)依賴于天氣，極端天氣將極大影響高比例可再生能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全[4-6]。 “三北”地區(qū)緯度高，易受低溫天氣影響，隨著其風(fēng)電裝機(jī)占比的不斷增加，低溫天氣導(dǎo)致風(fēng)電停運(yùn)的容量可能大大增加，影響系統(tǒng)的電力平衡。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均記錄到低溫天氣導(dǎo)致風(fēng)電大規(guī)模非計(jì)劃停運(yùn)的事件。2021年2月，美國(guó)得克薩斯州遭遇極寒天氣，風(fēng)電停運(yùn)容量達(dá)近14 GW[7-8]。2021年 1月，冀北地區(qū)遭遇寒潮天氣，冀北全網(wǎng)44%風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)，停運(yùn)容量占全網(wǎng)總裝機(jī)容量的57%。因此，亟待研究影響風(fēng)力發(fā)電的低溫天氣規(guī)律，評(píng)估風(fēng)力發(fā)電停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。

低溫天氣風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)的原因有兩類(lèi)[9]，一是環(huán)境溫度過(guò)低，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組低溫保護(hù)動(dòng)作，風(fēng)電機(jī)組切機(jī)脫網(wǎng)；二是受冰凍影響[10]，風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)冰保護(hù)被觸發(fā)，風(fēng)電機(jī)組退出運(yùn)行。一般情況下，常溫型機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境溫度下限為-10 ℃，低溫型機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境溫度下限為-30 ℃，超低溫型機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境溫度下限為-40 ℃[11]，當(dāng)環(huán)境溫度低于下限值，風(fēng)電機(jī)組低溫保護(hù)可能被觸發(fā)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。而最可能導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)覆冰的氣溫范圍為-10 ℃～0 ℃[12]。另外，考慮到中國(guó)范圍內(nèi)低溫冰凍天氣導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的事件很少發(fā)生，本文研究的低溫天氣指的是第一類(lèi)因輪轂高度溫度低于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行溫度下限導(dǎo)致低溫保護(hù)動(dòng)作的天氣。

氣象學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者已對(duì)中國(guó)日最低氣溫的規(guī)律做了較為全面和詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析。王翠花等[13]、郭志梅等[14]、班軍梅等[15]基于1951—2000年的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別分析了全國(guó)、北方地區(qū)、西南地區(qū)近50年來(lái)日最低氣溫的變化特征。吳佳等[16]和李洋等[17]還對(duì)氣溫年極值序列的重現(xiàn)期進(jìn)行了建模。

但是，面向風(fēng)電低溫停運(yùn)的低溫事件的統(tǒng)計(jì)分析研究工作還較少。馬文通等[18]針對(duì)哈密東南部的風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)行了常溫型和低溫型機(jī)組的發(fā)電量損失比較及成本核算，但其分析結(jié)論面向特定風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組選型。李亞濱[19]利用黑龍江省71個(gè)臺(tái)站1961年至2008年的逐日最低氣溫資料，統(tǒng)計(jì)分析了低于不同類(lèi)型風(fēng)電機(jī)組最低運(yùn)行溫度的低溫日數(shù)、初始和終止日期的時(shí)間和空間分布，但其分析沒(méi)有實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)分布情況，難以估算低溫導(dǎo)致的風(fēng)電停運(yùn)容量，進(jìn)而評(píng)估停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。

本文旨在結(jié)合全國(guó)2481個(gè)地面氣象站點(diǎn)歷史48年（1970—2017年）的日最高和最低氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)及國(guó)家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)區(qū)的實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析中國(guó)區(qū)域低溫天氣及其對(duì)風(fēng)力發(fā)電的影響，探索低溫觸發(fā)風(fēng)電保護(hù)停運(yùn)的時(shí)空規(guī)律，為未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和風(fēng)電停運(yùn)容量估算說(shuō)明

氣象數(shù)據(jù)：全國(guó)2481個(gè)地面氣象站點(diǎn)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)（其中91.05%的氣象站建站時(shí)間早于1970年），數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間分辨率為日，時(shí)間覆蓋范圍為1970—2017年。原始記錄數(shù)據(jù)為2 m高度氣溫，本文將原始?xì)鉁匦蛄袦p去0.6 ℃作為輪轂高度處氣溫?fù)Q算結(jié)果。

風(fēng)電數(shù)據(jù)：所采用的風(fēng)電數(shù)據(jù)包括國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)截至2020年已并網(wǎng)的所有風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，以及截至2020年一季度各省份的風(fēng)電裝機(jī)容量[20]。由于每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的容量未知，研究中假設(shè)各風(fēng)電場(chǎng)容量相同，且風(fēng)電場(chǎng)容量按省份平均。低溫保護(hù)采取理想模型，認(rèn)為只要環(huán)境溫度低于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行溫度下限，風(fēng)電機(jī)組即停運(yùn)。考慮到低溫型風(fēng)電機(jī)組是“三北”地區(qū)的常見(jiàn)機(jī)型，之后的分析以-30 ℃作為低溫觸發(fā)風(fēng)電機(jī)組保護(hù)停運(yùn)的判斷閾值。需要說(shuō)明的是，估算中風(fēng)電機(jī)組布局固定，以實(shí)現(xiàn)變量控制，突出氣象條件變化對(duì)風(fēng)電停運(yùn)的影響。

由于地面氣象站點(diǎn)和風(fēng)電場(chǎng)的空間位置不匹配，在進(jìn)行風(fēng)電停運(yùn)估算時(shí)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)可用。本文采用將氣象站點(diǎn)作為多邊形中心，進(jìn)行泰森多邊形劃分的方法，實(shí)現(xiàn)氣溫?cái)?shù)據(jù)的空間插值。落入某一多邊形內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)以該多邊形中心的氣象站點(diǎn)的記錄數(shù)據(jù)作為判斷風(fēng)電機(jī)組是否停運(yùn)的依據(jù)。寒潮天氣長(zhǎng)達(dá)數(shù)千km的影響跨度為該方法的應(yīng)用提供了可行基礎(chǔ)。基于2016年1月冀北地區(qū)實(shí)際的風(fēng)電低溫停運(yùn)事故記錄數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該方法對(duì)風(fēng)電最大停運(yùn)容量的估算誤差僅為3.2%。

2 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

1）低溫事件發(fā)生頻率。

將觀測(cè)到日最低氣溫低于-30 ℃的天數(shù)除以總觀測(cè)天數(shù)即對(duì)應(yīng)站點(diǎn)所在位置的低溫事件發(fā)生頻率。

式中：I(s )表示泰森多邊形s的低溫事件發(fā)生頻率；D表示關(guān)注時(shí)長(zhǎng)；d( s,t)用以指示泰森多邊形s在時(shí)刻t的氣溫T(s,t)是否低于低溫保護(hù)定值Tr(s)，是取值1，否取值0。

2）單次低溫事件的持續(xù)時(shí)間。

以每日最高氣溫和最低氣溫為輸入，假設(shè)每日最低溫度出現(xiàn)在每日6點(diǎn)，每日最高氣溫出現(xiàn)在14點(diǎn)，利用線性插值，計(jì)算連續(xù)低于-30 ℃的持續(xù)時(shí)間。

式中：U(s,k)表示泰森多邊形s第k次持續(xù)低溫的時(shí)長(zhǎng)，h，其起止時(shí)刻分別表示為t1(s,k)和t2(s,k)。

3）氣溫反復(fù)穿越閾值的次數(shù)。

若連續(xù)多日的日最低氣溫低于-30 ℃，且期間至少有一日的日最高氣溫不低于-30 ℃，則可能出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組反復(fù)停運(yùn)再并網(wǎng)的現(xiàn)象。因此，將連續(xù)多日出現(xiàn)低溫事件作為一個(gè)完整的低溫過(guò)程，在這些連續(xù)日中統(tǒng)計(jì)溫度反復(fù)在閾值上下跳變的次數(shù)，反映對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)風(fēng)電機(jī)組最大的停運(yùn)再并網(wǎng)次數(shù)。氣溫由-30 ℃以上跌落至-30 ℃，再恢復(fù)記作1次。

4）低溫影響的國(guó)土面積。

將記錄到日最低氣溫低于-30 ℃的站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泰森多邊形面積加和，即對(duì)應(yīng)時(shí)間斷面下低溫影響的國(guó)土面積的一條樣本。

式中：A(t)表示時(shí)刻t受低于低溫保護(hù)定值的低溫影響區(qū)域的面積，km2；E(s ,t )表示時(shí)刻t泰森多邊形s的占地面積，km2。

5）風(fēng)電停運(yùn)容量。

將記錄到日最低氣溫低于-30 ℃的站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泰森多邊形內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)容量加和，即對(duì)應(yīng)時(shí)間斷面的風(fēng)電停運(yùn)容量。受實(shí)際低溫影響范圍以及風(fēng)電機(jī)組性能分散性的影響，此處估算的停運(yùn)容量是實(shí)際停運(yùn)容量的一個(gè)上界。

式中：C(t)表示時(shí)刻t受低于低溫保護(hù)定值的低溫影響的風(fēng)電容量，MW；P(s ,t)表示時(shí)刻t落入泰森多邊形s的風(fēng)電容量，MW。

3 低溫事件及其對(duì)風(fēng)力發(fā)電影響的規(guī)律分析

1）低溫事件發(fā)生頻率。

各站點(diǎn)48年來(lái)記錄到的低溫事件發(fā)生頻率可視化結(jié)果如圖1所示。從整個(gè)時(shí)間軸來(lái)看，低溫事件發(fā)生的天數(shù)占比低，但在新疆北部、黑龍江和吉林大部、遼寧東北部、內(nèi)蒙古中東部以及其他省份的小部分地區(qū)，從平均意義上低溫事件年年發(fā)生（對(duì)應(yīng)頻率大于0.0027的站點(diǎn)）。

圖1 全國(guó)氣象站記錄的低溫事件發(fā)生頻率Fig.1 Frequency of low temperature events recorded by national weather stations

全國(guó)低溫發(fā)生頻率隨時(shí)間的分布結(jié)果如圖2所示。對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)空間范圍內(nèi)只要有一個(gè)站點(diǎn)觀測(cè)到低溫事件，即影響計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯觯珖?guó)范圍內(nèi)的低溫事件發(fā)生頻率隨時(shí)間的分布相對(duì)1月中旬呈對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)，12月至次年2月是中國(guó)低溫事件高發(fā)的主要時(shí)段，結(jié)合附圖A1中各省份相應(yīng)結(jié)果，“三北”地區(qū)共有12個(gè)省市在這段時(shí)間內(nèi)有過(guò)低溫觀測(cè)記錄，可推知低溫影響的空間范圍較廣。在低溫影響的初期和末期，低溫觀測(cè)站點(diǎn)主要發(fā)生在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古和新疆。

圖2 全國(guó)低溫發(fā)生頻率隨時(shí)間的分布Fig.2 Changes in the frequency of low temperature across the country over time

2）單次低溫事件的持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)站點(diǎn)歷史48年氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到各站點(diǎn)單次低溫事件的持續(xù)時(shí)間的多年最大值，如圖3所示?？傮w來(lái)看，除黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆部分地區(qū)出現(xiàn)超出一天的連續(xù)低溫，其余地區(qū)低溫持續(xù)小時(shí)數(shù)多在15 h以內(nèi)。實(shí)際上，考慮一個(gè)區(qū)域中所有風(fēng)電機(jī)組的停運(yùn)不是瞬間發(fā)生的，而是從出現(xiàn)低于-30 ℃的時(shí)刻開(kāi)始漸變發(fā)生，即使按低溫持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)才達(dá)到所有風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)的狀態(tài)估算，則可以發(fā)現(xiàn)低溫導(dǎo)致風(fēng)電脫網(wǎng)停運(yùn)的變化速率快，要求電網(wǎng)具有足夠的調(diào)峰容量保證電力供需平衡。

圖3 單次低溫事件的持續(xù)時(shí)間的多年最大值Fig.3 Multi-year maximum of the duration of a single low temperature events of national weather stations

3）氣溫反復(fù)穿越閾值的次數(shù)。

根據(jù)站點(diǎn)歷史48年氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到各站點(diǎn)多年氣溫反復(fù)穿越閾值的次數(shù)的最大值，如圖4所示。氣溫穿越-30 ℃閾值較頻繁的區(qū)域集中在東北和內(nèi)蒙古東部地區(qū)、新疆北部、甘肅和內(nèi)蒙古西部地區(qū)以及內(nèi)蒙古中部和河北、山西、陜西的交界地帶，這些地區(qū)需要尤其關(guān)注風(fēng)電反復(fù)停運(yùn)再并網(wǎng)的沖擊。

2.4.2 重復(fù)性試驗(yàn) 取橘葉藥材（S14），分別按“2.3”方法平行制備6份供試品溶液，按“2.1”色譜條件進(jìn)樣分析。以橙皮苷為參照峰，各共有峰相對(duì)保留時(shí)間的RSD＜1.0%，相對(duì)峰面積的RSD＜5.0%。結(jié)果表明，方法重復(fù)性良好。

考慮到供電可靠性要求，即使白天溫度上升，風(fēng)電機(jī)組可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其可能也不被允許并網(wǎng)發(fā)電，則實(shí)際停運(yùn)影響時(shí)間將長(zhǎng)于氣溫低于-30 ℃的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)計(jì)算方法，氣溫反復(fù)穿越閾值的次數(shù)給出了連續(xù)影響天數(shù)的保守估計(jì)，則根據(jù)圖5的結(jié)果，這些地區(qū)需要做好風(fēng)電受低溫影響持續(xù)低出力的準(zhǔn)備，最大值跨越2天至3個(gè)月之久。

圖4 氣溫反復(fù)穿越閾值次數(shù)的多年最大值Fig.4 Multi-year maximum of the times that temperature repeatedly crossed the threshold

4）低溫影響的國(guó)土面積。

全國(guó)范圍內(nèi)低溫影響的國(guó)土面積的頻率分布直方圖如圖5 （a）所示，去掉左側(cè)第一個(gè)柱所得到的紅色直方圖如圖5 （b）所示，以更清晰地看到尾部分布特點(diǎn)?？傮w上，低溫影響的國(guó)土面積呈現(xiàn)尖峰長(zhǎng)尾的特點(diǎn)，69%的時(shí)段全國(guó)不受低溫影響，95%的情形下全國(guó)受低溫影響的國(guó)土面積小于42.8萬(wàn)km2，最嚴(yán)重情況下，14.9%的國(guó)土面積日最低氣溫低于-30 ℃。

以面積與頻率的乘積為縱坐標(biāo)，作為遭遇低溫天氣風(fēng)險(xiǎn)的度量指標(biāo)，并繪制其關(guān)于面積的柱形圖，如圖 6 （a）所示，去掉第一個(gè)柱子的結(jié)果如圖6 （b）所示。將圖6 （b）與圖5 （b）對(duì)比，呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，說(shuō)明雖然大空間影響范圍的低溫事件發(fā)生頻率較低，但其造成影響大，不可忽視，尤其是影響面積介于30萬(wàn)～50萬(wàn)km2的低溫天氣。

圖5 全國(guó)范圍內(nèi)低溫影響的國(guó)土面積及風(fēng)電停運(yùn)容量的 頻率分布直方圖Fig.5 Frequency distribution histograms of affected area and wind power outage capacity

由圖7所示的多年平均低溫影響國(guó)土面積在不同日期下的情況，與圖2相比，說(shuō)明12月和2月雖然低溫事件發(fā)生頻率高，但影響的空間范圍相較于1月大幅縮減。

5）風(fēng)電停運(yùn)容量。

全國(guó)范圍內(nèi)低溫影響的風(fēng)電停運(yùn)容量的頻率分布直方圖如圖 5 （c）所示，其中圖 5 （d）紅色直方圖為藍(lán)色直方圖去掉左側(cè)第一個(gè)柱的結(jié)果，以更清晰地看到尾部分布特點(diǎn)。總體上，風(fēng)電停運(yùn)容量的分布呈現(xiàn)尖峰長(zhǎng)尾的特點(diǎn)，95%的情形下風(fēng)電停運(yùn)容量小于 2 930.4 MW，但最嚴(yán)重情形下18.39%的風(fēng)電裝機(jī)容量面臨停運(yùn)。

圖6 全國(guó)范圍內(nèi)低溫影響的國(guó)土面積及風(fēng)電停運(yùn)容量與 頻率的乘積的分布圖Fig.6 Distribution histograms of affected area and outage capability nationwide multiplied by frequency

以停運(yùn)容量與頻率的乘積作為縱坐標(biāo)，作為風(fēng)電停運(yùn)容量風(fēng)險(xiǎn)的度量指標(biāo)，并繪制其關(guān)于停運(yùn)容量的柱形圖，如圖6 （c）所示，其中圖6 （d）為圖6 （c）去掉左側(cè)第一個(gè)柱的結(jié)果。將圖6 （d）與圖5 （d）對(duì)比，停運(yùn)容量與頻率的乘積隨停運(yùn)容量的增加衰減緩慢。說(shuō)明大停運(yùn)容量低溫過(guò)程盡管發(fā)生頻率低，但其造成的風(fēng)險(xiǎn)不可忽視，需要有對(duì)全國(guó)約7%（對(duì)應(yīng)分析例中的15 GW）裝機(jī)容量風(fēng)電同時(shí)遭遇低溫停運(yùn)的應(yīng)對(duì)能力。

全國(guó)范圍不同日期下的最大停運(yùn)容量如圖8所示。1月更容易發(fā)生大容量風(fēng)電停運(yùn)事件。相比圖7，該分布呈現(xiàn)左偏，說(shuō)明盡管1月中旬受影響國(guó)土面積更大，但1月下旬影響風(fēng)電富集區(qū)的面積更大，全國(guó)受低溫影響的風(fēng)電容量偏大。按省份多年平均停運(yùn)容量隨日期的分布結(jié)果可見(jiàn)附圖A4。

圖7 不同日期下多年平均受低溫影響國(guó)土面積Fig.7 The average affected area for many years under different dates

圖8 全國(guó)范圍不同日期下多年平均風(fēng)電停運(yùn)容量Fig.8 The average wind power outage capacity for many years under different dates

由于調(diào)度管理體系大致根據(jù)行政區(qū)劃分，有必要分析不同省份受低溫影響的風(fēng)電停運(yùn)規(guī)律。根據(jù)各省低溫事件的發(fā)生頻率，已知共14個(gè)省份有氣象站觀測(cè)到日最低氣溫低于-30 ℃，但其中北京和四川的風(fēng)電不分布在受低溫影響氣象站所在區(qū)域，因此評(píng)估的停運(yùn)容量為0。提取出各省停運(yùn)容量占比的平均值和最大值列于表1中，可以看出，大容量沖擊是低溫影響的重要特點(diǎn)。

表1 各受影響省份風(fēng)電停運(yùn)容量占全省總裝機(jī)容量比例的平均值和最大值Table 1 Average and maximum values of wind outage capacity ratio for low-temperature affected provinces

續(xù)表

4 總結(jié)與展望

近年來(lái)，寒潮低溫天氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電的影響受到廣泛關(guān)注，但是鮮有對(duì)低于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行溫度下限的低溫天氣及其影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的研究。本文基于1970—2017年全國(guó)氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)氣溫?cái)?shù)據(jù)和國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的布局?jǐn)?shù)據(jù)，以低溫型機(jī)組運(yùn)行溫度下限為閾值，統(tǒng)計(jì)分析了低溫事件發(fā)生頻率、單次低溫事件的持續(xù)時(shí)間、氣溫反復(fù)穿越閾值的次數(shù)、低溫影響的國(guó)土面積和風(fēng)電停運(yùn)容量等指標(biāo)的時(shí)空變化規(guī)律。主要結(jié)論如下。

1）低于-30 ℃的低溫事件從整個(gè)時(shí)間軸上看是小概率事件，但在北方許多省份幾乎年年發(fā)生。全國(guó)范圍來(lái)看，12月至次年2月是低溫事件的高發(fā)期，受影響范圍較大，停運(yùn)容量也較大。

2）由于寒潮天氣影響往往跨越很大的空間尺度，不需要空間分辨率非常高的氣溫預(yù)測(cè)量，即可以對(duì)風(fēng)電停運(yùn)容量有較為準(zhǔn)確的估計(jì)，說(shuō)明在實(shí)際工程中，只要能夠把低溫觸發(fā)風(fēng)電機(jī)組停運(yùn)的動(dòng)作邏輯考慮到常規(guī)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低溫停運(yùn)的容量預(yù)警。

3）由于寒潮天氣影響跨度大，而風(fēng)電場(chǎng)空間分布聚集性強(qiáng)，一旦氣溫低于最低運(yùn)行溫度，總停運(yùn)容量往往較大。

4）氣溫低于-30 ℃的持續(xù)時(shí)間一般只持續(xù)數(shù)小時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)風(fēng)電可能遭遇大規(guī)模脫網(wǎng)而后并網(wǎng)的過(guò)程，快速的功率變化可能給電力平衡帶來(lái)極大沖擊。

5）如果不考慮人為干預(yù)，只要?dú)鉁馗哂陲L(fēng)電機(jī)組最低運(yùn)行溫度，風(fēng)電機(jī)組即并網(wǎng)發(fā)電，則電網(wǎng)可能遭遇幾次到數(shù)十次的反復(fù)脫網(wǎng)和并網(wǎng)；而若考慮不允許風(fēng)電機(jī)組在可能反復(fù)脫網(wǎng)和并網(wǎng)期間的恢復(fù)發(fā)電，則需要考慮連續(xù)數(shù)天至多個(gè)月的風(fēng)電低出力帶來(lái)的電量平衡問(wèn)題。

6）大容量停運(yùn)事件的發(fā)生頻率雖然相比小容量停運(yùn)事件的發(fā)生頻率低很多，但從電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的角度二者可比，大影響小概率的低溫天氣過(guò)程不可忽視。

7）停運(yùn)容量的尾部分布衰減微弱，數(shù)年一遇的常態(tài)低溫事件可能同數(shù)十年一遇的低溫事件對(duì)風(fēng)電發(fā)電能力的影響差別不大。

隨著可再生能源發(fā)電容量和電量占比的進(jìn)一步提高，將低溫等極端天氣納入未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行已成為一項(xiàng)緊迫和重要的工作。在規(guī)劃層面，風(fēng)電場(chǎng)的布局、風(fēng)電機(jī)組的選型、系統(tǒng)調(diào)峰容量的配置等問(wèn)題，以及在運(yùn)行層面，可再生能源發(fā)電的功率預(yù)測(cè)、日前調(diào)度計(jì)劃的安排等都需要考慮低溫因素的影響。

附錄A 按省份的低溫事件及風(fēng)電停運(yùn)統(tǒng)計(jì)

圖A1 有低溫記錄省份的不同日期低溫事件發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.A1 Occurrence frequency of low-temperature events on different dates in provinces with low temperature records

圖A2 按省份風(fēng)電停運(yùn)容量的頻率分布直方圖Fig.A2 Frequency distribution histograms of wind power outage capacity by province

圖A3 按省份風(fēng)電停運(yùn)容量風(fēng)險(xiǎn)隨停運(yùn)容量分布圖Fig.A3 Relationship of wind power outage capacity risk with outage capacity by province

圖A4 按省份歷史多年不同日期風(fēng)電停運(yùn)容量最大值Fig.A4 Maximum wind power outage capacity according to different dates in provincial history