2015年忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力分析

鄭迎春，劉新元

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

2015年忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力分析

鄭迎春1，劉新元2

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

指出了2015年大量風(fēng)電的投產(chǎn)使忻朔電網(wǎng)接納壓力越來(lái)越大，分別從網(wǎng)架約束和調(diào)峰約束方面研究了忻朔電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力，結(jié)果表明忻朔電網(wǎng)不能全部接納規(guī)劃風(fēng)電，最后提出相應(yīng)的策略建議。

忻朔電網(wǎng)；風(fēng)電；接納能力

0 引言

風(fēng)能是近年來(lái)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的可再生資源，但由于風(fēng)力發(fā)電功率輸出隨機(jī)性很強(qiáng)，波動(dòng)很大且不可控，影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。此外局部區(qū)域風(fēng)電發(fā)展速度遠(yuǎn)超電網(wǎng)發(fā)展速度，導(dǎo)致電網(wǎng)的風(fēng)電接納問(wèn)題日益突出。

山西電網(wǎng)按照220 kV供電分片劃分為大同、忻朔、中部、南部四大供電區(qū)，其中忻朔電網(wǎng)包括忻州市和朔州市電網(wǎng)。忻朔電網(wǎng)位于山西省北中部，地處山西電網(wǎng)樞紐位置，向北通過(guò)500 kV神雁雙與大同電網(wǎng)相連，向南通過(guò)500 kV忻侯雙、朔云線與華北電網(wǎng)相連，如圖1所示。2015年，山西電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到7 000MW，其中忻朔電網(wǎng)預(yù)計(jì)達(dá)到4 000MW，占山西風(fēng)電的57%。忻朔電網(wǎng)屬于典型的小負(fù)荷、大裝機(jī)的送出電網(wǎng)，大量風(fēng)電機(jī)組接入忻朔220 kV系統(tǒng)，造成500 kV變電站主變上送壓力過(guò)大，同時(shí)也給電網(wǎng)調(diào)峰能力帶來(lái)很大的困難，因此深入研究忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。

圖1 忻朔電網(wǎng)與外部電網(wǎng)連接示意圖

1 電網(wǎng)網(wǎng)架約束研究

1.1 計(jì)算程序及計(jì)算條件

計(jì)算程序：本次計(jì)算采用中國(guó)電力科學(xué)研究院的《中國(guó)版BPA潮流程序（6.2）及暫態(tài)穩(wěn)定程序（4.15.7RM）》。

計(jì)算條件：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)包括山西全部220 kV及以上網(wǎng)絡(luò)，考慮2015年山西電網(wǎng)發(fā)、輸、變基建預(yù)計(jì)項(xiàng)目全部投產(chǎn)，進(jìn)行山西中部電網(wǎng)計(jì)算分析。2015年忻朔電網(wǎng)網(wǎng)供最大負(fù)荷預(yù)計(jì)為3 500MW，最小負(fù)荷預(yù)計(jì)為2 700 MW，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到19000MW，接入220kV及以下系統(tǒng)容量10000MW（其中風(fēng)電容量達(dá)到4 000MW）。

計(jì)算思路：忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力從網(wǎng)架約束上主要受朔州主變N-1過(guò)載限制。本節(jié)考慮了大負(fù)荷與小負(fù)荷兩種方式，先將220 kV側(cè)火電機(jī)組調(diào)整至滿足運(yùn)行控制條件的最低限，再考慮停風(fēng)電機(jī)組，求出滿足朔州主變N-1運(yùn)行要求時(shí)風(fēng)電停機(jī)總?cè)萘?，進(jìn)而求出兩種運(yùn)行方式下風(fēng)電接納能力，取風(fēng)電接納能力小的方式作為網(wǎng)架約束的計(jì)算結(jié)論。

1.2 忻朔電網(wǎng)大負(fù)荷方式

忻朔電網(wǎng)大負(fù)荷方式，水火電大發(fā)，風(fēng)電機(jī)組出力考慮60%，朔州雙變向500 kV系統(tǒng)倒送2 232.8 MW，雙變嚴(yán)重過(guò)載；忻州雙變上載1 999.6MW。

進(jìn)一步調(diào)整忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)火電機(jī)組出力，考慮供熱機(jī)組減出力、非供熱機(jī)組1臺(tái)機(jī)運(yùn)行，220 kV側(cè)火電機(jī)組共停機(jī)1 050MW（占220 kV側(cè)水火電裝機(jī)的17.5%），朔州雙變?nèi)匀贿^(guò)載。由于火電機(jī)組出力已降至最低，進(jìn)一步需再停風(fēng)電機(jī)組1 200 MW，朔州雙變滿載運(yùn)行，忻州雙變潮流1 100MW。朔州主變N-1，另一臺(tái)主變上載1 197MW，主變過(guò)載59.6%，聯(lián)切朔州附近220 kV風(fēng)電機(jī)組容量1 300MW，朔州主變滿足N-1運(yùn)行要求。

由上可知，大負(fù)荷方式下，忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)需?；痣姍C(jī)組1 050MW，停風(fēng)電機(jī)組2 500MW，朔州主變才能滿足N-1運(yùn)行要求。2015年，大負(fù)荷方式下，受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)風(fēng)電最多能接納1 500MW。

1.3 忻朔電網(wǎng)小負(fù)荷方式

忻朔電網(wǎng)小負(fù)荷方式，風(fēng)電出力考慮60%，考慮供熱電廠機(jī)組減出力、非供熱電廠機(jī)組僅1臺(tái)機(jī)50%出力運(yùn)行，朔州雙變上載1 630MW，雙變過(guò)載；忻州雙變上載1 224MW。

由于火電機(jī)組出力已降至最低，進(jìn)一步需再停風(fēng)電容量660MW機(jī)組，朔州雙變滿載運(yùn)行，忻州雙變潮流1 067MW。朔州主變N-1，另一臺(tái)主變上載1 168MW，主變過(guò)載55.7%，聯(lián)切朔州附近220 kV風(fēng)電機(jī)組容量1 200 MW，朔州主變滿足N-1運(yùn)行要求。

小負(fù)荷方式，考慮供熱電廠機(jī)組減出力、非供熱電廠機(jī)組僅1臺(tái)機(jī)50%出力運(yùn)行，忻朔電網(wǎng)仍需停風(fēng)電容量1 860MW，朔州主變才能滿足N-1運(yùn)行要求。2015年，小負(fù)荷方式下，受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)風(fēng)電最多能接納2 140MW。

1.4 忻朔電網(wǎng)220 kV側(cè)電源接納能力

由以上計(jì)算分析可知，2015年受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)不能接納全部風(fēng)電；大負(fù)荷方式比小負(fù)荷方式風(fēng)電接納能力低?？紤]最嚴(yán)重情況，忻朔電網(wǎng)只能接納風(fēng)電1 500MW，占風(fēng)電總?cè)萘?7.5%；如果要接納全部風(fēng)電（考慮60%出力），則220 kV側(cè)最少停機(jī)（水電、火電）2 550 MW，占220 kV側(cè)裝機(jī)容量（水電、火電）的42.5%。

2 電網(wǎng)調(diào)峰約束研究

2.1 調(diào)峰原則

風(fēng)電場(chǎng)輸出功率具有隨機(jī)波動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)而言，風(fēng)電出力可視為負(fù)的負(fù)荷。因此，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)以后，電網(wǎng)的可用調(diào)峰容量減去用于平衡負(fù)荷波動(dòng)的備用容量后，剩余的可用調(diào)峰容量都能夠用于為風(fēng)電調(diào)峰。但如果整個(gè)電網(wǎng)可用于風(fēng)電的調(diào)峰容量有限，則風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行就會(huì)受到一定的限制，在電網(wǎng)無(wú)法完全平衡風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)時(shí)，需要限制風(fēng)電注入電網(wǎng)的功率。因此，當(dāng)風(fēng)電大量并網(wǎng)條件下，電網(wǎng)的調(diào)峰能力可能成為風(fēng)電發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

調(diào)峰原則主要如下。

a）高峰/低谷負(fù)荷時(shí)旋轉(zhuǎn)備用容量為1000MW。

b）根據(jù)近年來(lái)實(shí)際運(yùn)行情況，用電負(fù)荷風(fēng)谷差正常在20%～22%，計(jì)算中取22%，即最小負(fù)荷率按0.78計(jì)算。

c）山西向華北送電網(wǎng)間潮流峰谷差按照50%控制，特高壓峰谷差按500MW考慮。

d）天橋不參與調(diào)峰，萬(wàn)家寨、龍口水電站各按2臺(tái)機(jī)組參與調(diào)峰。

e）發(fā)電電源匯總火電機(jī)組調(diào)峰能力差別較大，供熱機(jī)組在冬季供熱期調(diào)峰能力僅有15%，其他機(jī)組調(diào)峰能力在50%左右，按照省調(diào)發(fā)電機(jī)組加權(quán)平均，考慮一定的出力受阻，省調(diào)火電機(jī)組調(diào)峰能力在33%左右。

2.2 2015年調(diào)峰能力分析

電網(wǎng)不同運(yùn)行方式調(diào)峰能力會(huì)有所不同，夏季為全年風(fēng)電出力最小的月份，風(fēng)電出力一般不超過(guò)并網(wǎng)容量的30%，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力影響較小，山西電網(wǎng)基本滿足風(fēng)電接入需求，因此不做夏季風(fēng)電接納能力分析。從電網(wǎng)調(diào)度實(shí)際出發(fā)，從調(diào)峰角度計(jì)算分析冬季方式下的電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力。

2015年，山西電網(wǎng)冬季最大直調(diào)用電負(fù)荷30 000MW，外送華北3 500MW，特高壓南送高峰潮流2 400MW，高峰旋備出力1 000MW。

計(jì)算方式不考慮西龍池抽水蓄能電廠和考慮西龍池抽水蓄能電廠兩種方式。抽蓄電站可以提高山西電網(wǎng)的調(diào)峰和風(fēng)電接納能力，但由于北部電網(wǎng)存在窩電問(wèn)題，西龍池4臺(tái)機(jī)組不能充分發(fā)揮其調(diào)峰作用，按照西龍池電站高峰開(kāi)1臺(tái)，低谷1臺(tái)抽水的方式，從調(diào)峰角度計(jì)算接納風(fēng)電的能力。具體分析計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 2015年調(diào)峰裕度計(jì)算結(jié)果表 MW

表1中：“1”為風(fēng)電出力按照高峰0、低谷60%考慮；“2”為忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力按山西57%考慮。

由計(jì)算結(jié)果可知，風(fēng)電按60%開(kāi)機(jī)計(jì)算，如果不考慮西龍池，忻朔電網(wǎng)能接納1 614 MW，占2015年忻朔電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量的40%；如果考慮西龍池，忻朔電網(wǎng)能接納2 281MW，占2015年忻朔電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量的57%[3-4]。

3 結(jié)論與建議

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和調(diào)峰約束角度，2015年忻朔電網(wǎng)不能全部接納規(guī)劃風(fēng)電機(jī)組。受朔州主變N-1限制，忻朔電網(wǎng)最多只能接納風(fēng)電1 500MW，占風(fēng)電總?cè)萘?7.5%；受調(diào)峰能力限制，忻朔電網(wǎng)最多只能接納2 281MW，占風(fēng)電總?cè)萘康?7%。

建議加快500 kV平魯站及200 kV接續(xù)線建設(shè)，優(yōu)化地區(qū)電源點(diǎn)接入方案，緩解朔州主變上送壓力；同時(shí)合理控制風(fēng)電接入規(guī)模，提高調(diào)峰能力強(qiáng)的機(jī)組比例，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，以提高忻朔電網(wǎng)風(fēng)電接納能力。

［1］葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］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(dòng)化，2003，27（8）：84-89.

［3］遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，28（2）：47-52.

［4］談健，陸燕.江蘇風(fēng)電接入系統(tǒng)的若干問(wèn)題［J］.華東電力，2006，34（7）：32-34.

The Analysis ofW ind Power Acceptable Capacity of Xin-shuo Power Grid in 2015

ZHENG Ying-chun1,LIU Xin-yuan2
（1.State Grid Xinzhou Power Supply Com pany，Xinzhou，Shanxi 034000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The acceptable capacity of Xin-shuo powergrid will increasewith wind power projectbeing put into operation largely in 2015.This paper studies the capacity ofwind power from the aspects of grid constraints and peaking constraints.The results show that Xin-shuo powergrid can notaccept thewholewind power，and corresponding strategiesare put forward.

Xin-shuo powergrid；wind power；acceptable capacity

TM614

A

1671-0320（2014）05-0008-03

2014-04-10，

2014-08-05

鄭迎春（1967-），男，山西五臺(tái)人，1990年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事線路安全管理工作；

劉新元（1986-），男，山西汾陽(yáng)人，2011年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行分析工作。