電力調(diào)度在提高風(fēng)電運(yùn)行可靠性中的作用

摘 要 隨著化石性能源價格的飛漲和對于環(huán)境關(guān)注程度的提升，世界各國政府均對可再生能源利用的研究和應(yīng)用加大了投入，期望通過多元化的能源消費(fèi)的降低對化石性能源的依賴。在各種可再生能源發(fā)電形式中，風(fēng)電最具規(guī)模開發(fā)前景，但其弱點也很明顯，即可變性大而可預(yù)測性差。本文通過介紹風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響及電力調(diào)度的各項功能，體現(xiàn)了電力調(diào)度在提高風(fēng)電運(yùn)行可靠性中的巨大作用。

關(guān)鍵詞 電力調(diào)度；風(fēng)電運(yùn)行；可靠性

中圖分類號 TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0226-02

風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，也是目前可再生能源中技術(shù)相對成熟并具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的一種能源。在各種可再生能源發(fā)電形式中，風(fēng)電最具規(guī)模開發(fā)前景，但其弱點也很明顯，即可變性大而可預(yù)測性差。當(dāng)風(fēng)電所占比例不大時，風(fēng)電出力的變化可由互聯(lián)電網(wǎng)的相鄰電網(wǎng)提供支持，但風(fēng)電裝機(jī)超過一定限度后，就只能靠傳統(tǒng)的煤電、水電機(jī)組補(bǔ)償其出力的變化。

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要課題，其目標(biāo)是實時調(diào)度發(fā)電機(jī)組出力，以較少的發(fā)電成本保證機(jī)組發(fā)電與用電負(fù)荷之間的平衡。由于風(fēng)力發(fā)電不消耗化石燃料，中國政府制定了可再生能源法限定電網(wǎng)公司必須全數(shù)收購所有可再生能源發(fā)電。因此，風(fēng)力發(fā)電占全系統(tǒng)裝機(jī)容量的上升將對我國電力系統(tǒng)的的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行造成重大的影響。本文重點討論電力調(diào)度在風(fēng)電并網(wǎng)后對提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的作用。

1 風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響

風(fēng)電產(chǎn)業(yè)之所以得到迅速發(fā)展，是因為大規(guī)模風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)具有良好的環(huán)境效益和社會效益。具體來說，風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)帶來的效益主要有：大量減少污染氣體的排放；使能源供應(yīng)多元化，減少對煤炭、石油等化石燃料的依賴；為社會提供綠色、充足的電力支持；風(fēng)能為可再生能演、永不枯竭；等等。但是，由于風(fēng)能具有隨機(jī)性強(qiáng)等特點，因此風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)也對電力系統(tǒng)造成了一些影響：

1）風(fēng)速的波動會引起風(fēng)電機(jī)吸收無功的變化，當(dāng)系統(tǒng)電壓由于風(fēng)電波動而下降時，機(jī)端無功補(bǔ)償量也會下降，造成無功缺額的增大，進(jìn)一步惡化電壓水平，造成電網(wǎng)崩潰。同時當(dāng)風(fēng)電機(jī)停機(jī)后，風(fēng)電場的有功輸出減少，無功需求也相應(yīng)減少，系統(tǒng)會失去這部分無功負(fù)荷而導(dǎo)致電壓水平偏高。為了解決這個問題，目前的變速風(fēng)電機(jī)都能實現(xiàn)無功控制功能，從而提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

2）當(dāng)風(fēng)電場容量在系統(tǒng)中所占比例較大時，其輸出功率的隨機(jī)波動會對電網(wǎng)的頻率產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)常規(guī)火電機(jī)組或調(diào)頻機(jī)組的可調(diào)容量較小時，可能會出現(xiàn)備用不足的情況，從而造成較大的頻率變化。

3）風(fēng)電機(jī)的一些固有特性，例如風(fēng)剪切、葉片重力偏差和風(fēng)速的波動等，會造成風(fēng)電場的電壓波動，進(jìn)而可以引發(fā)電壓閃變；當(dāng)風(fēng)電機(jī)中的電力電子裝置設(shè)計控制不當(dāng)時，將會向電網(wǎng)中注入諧波電流，引起電壓波形的畸變，對電能質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

雖然風(fēng)電機(jī)并網(wǎng)對電力系統(tǒng)有一定的影響，但是隨著電力調(diào)度的自動化技術(shù)以及風(fēng)電技術(shù)的不斷完善，各種問題正在逐步得到解決。

2 電力調(diào)度自動化的主要功能

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)采用成熟的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通訊技術(shù)等，符合相關(guān)的國際和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的主要功能包括： 數(shù)據(jù)采集、信息處理、統(tǒng)計計算、遙控、報警處理、安全管理、實時數(shù)據(jù)庫管理、歷史庫管理、歷史趨勢、報表生成與打印、畫面編輯與顯示、Web瀏覽、多媒體語音報警、事件順序記錄、事故追憶、調(diào)度員培訓(xùn)模擬等。重要節(jié)點采用雙機(jī)熱備用，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)任一臺服務(wù)器出現(xiàn)問題時，所有運(yùn)行在該服務(wù)器上的數(shù)據(jù)自動平滑地切換到另一臺服務(wù)器上，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)有健全的權(quán)限管理功能。能快速、平穩(wěn)地自動或人工切除系統(tǒng)本身的故障，切除故障時不會影響系統(tǒng)其他正常節(jié)點的運(yùn)行。調(diào)度主站是整個調(diào)度自動化監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心，從整體上實現(xiàn)調(diào)度自動化的監(jiān)視和控制，分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)變電站內(nèi)RTU之間的關(guān)系，對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的管理使整個系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行的實時系統(tǒng)，具有很高的實時性、安全性和可靠性。

3 電力調(diào)度對風(fēng)電運(yùn)行可靠性的重要意義

加快開發(fā)綠色可再生能源是解決能源與環(huán)境問題的重要手段，其中風(fēng)能是目前最具有開發(fā)利用前景和技術(shù)最為成熟的一種新型可再生能源。隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟，目前風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為世界上發(fā)展速度最快的能源類型，正在向著大規(guī)模、大容量、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。中國電力科學(xué)研究院通過大量的研究指出，在風(fēng)電穿透功率不超過8%時，我國電網(wǎng)一般情況下不會出現(xiàn)較大的技術(shù)問題，而目前我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中風(fēng)電的比例還很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 1%，因此還有相當(dāng)大的發(fā)展空間。

風(fēng)電出力的間歇性和波動性特點是導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)及消納困難的根本原因。要有效解決這一難題，需要從電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行等方面著手。

我國風(fēng)電資源主要集中在“三北”（東北、西北、華北北部）地區(qū)，其風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量占全國風(fēng)電總裝機(jī)容量的90%，但該地區(qū)以火電為主，且多為供熱機(jī)組，電源結(jié)構(gòu)單一，互補(bǔ)能力不強(qiáng)，系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻資源不足，難以實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電就地

消納。

我國生產(chǎn)力水平與包括風(fēng)電在內(nèi)的一次能源資源呈逆向分布，這客觀上決定了我國能源發(fā)展必須走集中開發(fā)、大范圍資源優(yōu)化配置的道路。加快建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，有利于在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電

消納。

電網(wǎng)集電能傳輸、市場交易、優(yōu)化配置等功能于一體，具有典型的網(wǎng)絡(luò)特性和顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，且發(fā)電、輸電和用電必須瞬時平衡，在客觀上就要求電網(wǎng)實行統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理、全國聯(lián)網(wǎng)。風(fēng)電的大規(guī)模接入使得這一要求變得更為迫切。充分發(fā)揮我國電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度和管理的優(yōu)勢，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度一體化，一方面有利于保證電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，預(yù)防類似印度大停電事故的發(fā)生；另一方面，也是加快風(fēng)能等新能源的開發(fā)利用、提高電網(wǎng)消納新能源能力、保障我國新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康快速發(fā)展的重要

舉措。

綜上所述，隨著我國風(fēng)電的不斷發(fā)展，風(fēng)電運(yùn)行的可靠性對風(fēng)電調(diào)度的優(yōu)化提出了更高的要求。

4 提高電網(wǎng)調(diào)度能力的手段

如前文所述，電網(wǎng)調(diào)度能力不足是當(dāng)前約束電網(wǎng)接納風(fēng)電的主要瓶頸之一。因此，當(dāng)前，對如何提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力正逐步受到關(guān)注，主要手段包括：

1）優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加大調(diào)峰電源建設(shè)。我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主且將長期難以改變，“三北”地區(qū)的供熱機(jī)組也占有較大的比重，系統(tǒng)調(diào)峰困難；未來我國核電（出于安全等考慮，一般不參與系統(tǒng)調(diào)峰）將進(jìn)入大發(fā)展時期，預(yù)計2020年將達(dá)到8000萬kW左右。因此，要促進(jìn)中國風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展，提供電網(wǎng)接納空間，必須優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，增加調(diào)峰電源容量。

2）發(fā)展風(fēng)電儲能技術(shù)，平滑風(fēng)電調(diào)峰特性。在風(fēng)電場端口接入大規(guī)模分布式儲能系統(tǒng)，將低谷風(fēng)電轉(zhuǎn)化為高峰電能，平滑風(fēng)電入網(wǎng)曲線，在一定程度上可提高系統(tǒng)的調(diào)峰能力。然而，由于我國當(dāng)前采用電網(wǎng)無條件全額收購風(fēng)電的政策，各風(fēng)電場尚無動機(jī)對輸出進(jìn)行平滑控制。因此，消納政策的調(diào)整，是大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電儲能技術(shù)的一個前提。

3）改進(jìn)調(diào)度模式，實現(xiàn)跨省、跨區(qū)平衡。前文所述表明，當(dāng)前我國的分省平衡的調(diào)度模式不利于在區(qū)域范圍內(nèi)對風(fēng)電進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，通過改進(jìn)調(diào)度模式，完善聯(lián)絡(luò)線指定、調(diào)整及考核制度，協(xié)調(diào)風(fēng)電和調(diào)節(jié)電廠之間的利益關(guān)系，實現(xiàn)在區(qū)域范圍內(nèi)平衡風(fēng)電，充分利用省間電源結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性，即可提高電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力。

在跨省乃至跨區(qū)通道上平衡的風(fēng)電調(diào)度模式，會引發(fā)跨省、跨區(qū)間產(chǎn)生較為頻繁的實時電力電量交易，將對現(xiàn)行的電網(wǎng)調(diào)度及市場交易模式產(chǎn)生較大變化，特別是在目前市場體制尚不健全的情況下，操作實施和電量結(jié)算上還有一些具體困難。因此需要認(rèn)真研究風(fēng)電在省際間乃至區(qū)域間消納的市場機(jī)制和配套的補(bǔ)償政策，積極引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外市場介入到對風(fēng)電的平衡與消納之中。

5 結(jié)論

為有效解決我國大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)和消納問題，國家電網(wǎng)公司確立了“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的工作思路，加快堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)，加強(qiáng)統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理，充分利用現(xiàn)有的跨省、跨區(qū)輸送通道，通過全局優(yōu)化調(diào)度，增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻能力，在大范圍內(nèi)實現(xiàn)風(fēng)電的并網(wǎng)和消納，有力支撐風(fēng)電基地的大規(guī)模建設(shè)和風(fēng)電資源的高效利用。因此，電力調(diào)度在提高風(fēng)電運(yùn)行可靠性上有重大作用。

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