考慮風(fēng)電電源接入的電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)研究

陳麗敏

考慮風(fēng)電電源接入的電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)研究

陳麗敏

（國網(wǎng)江西省電力公司九江供電分公司）

風(fēng)電出力本身存在著比較嚴(yán)重的風(fēng)電場選址限制、反調(diào)峰性和不確定性等各種問題，電力系統(tǒng)在進行大規(guī)模風(fēng)電并往后需要設(shè)置更多的調(diào)峰電源和備用電源等，再加上電網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分薄弱，具有非常有限的遠(yuǎn)距離輸送能力，所以很難消納多數(shù)的風(fēng)電場，甚至?xí)O大的影響到系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃、電源規(guī)劃和穩(wěn)定運行等?；诖?，本文對考慮風(fēng)電電源接入的電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)進行了分析和介紹。

風(fēng)電；電源接入；電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)

引言

現(xiàn)在人們面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題和能源問題，風(fēng)能本身屬于一種可再生能源，而且沒有污染，再加上其具有越來越低的發(fā)電成本，所以受到了很多人的高度重視。然而接入風(fēng)電電源也會給電網(wǎng)帶來一定的挑戰(zhàn)，這就需要電網(wǎng)立足于風(fēng)電電源的接入，進行進一步的規(guī)劃和協(xié)調(diào)，在充分發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電優(yōu)勢的同時，保障電網(wǎng)規(guī)劃的合理性，從而保障供電的穩(wěn)定性和可靠性。

1 風(fēng)電電源接入對電網(wǎng)的影響

1.1 風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢

對能源結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化是我國經(jīng)濟發(fā)展深層調(diào)整的大勢所趨，而要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須對可再生能源進行積極的開發(fā)和利用。風(fēng)力發(fā)電是一種新能源發(fā)電技術(shù)，具有較高的可利用程度。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電進行了越來越廣泛的應(yīng)用，立足于系統(tǒng)的負(fù)荷需求，對風(fēng)電場進行引進，能夠?qū)﹄娫唇Y(jié)構(gòu)進行進一步的優(yōu)化。盡管風(fēng)力發(fā)電具有較高的一次建設(shè)成本，但是與火電機組相比，運行費用較低，無需對不可再生的化石燃料進行消耗，還能得到一定的政府補貼[1]。

1.2 風(fēng)電電源接入對當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)劃的挑戰(zhàn)

風(fēng)電電源接入會給當(dāng)前的電網(wǎng)規(guī)劃帶來一定的挑戰(zhàn)，這是由風(fēng)電本身的特點造成的。①風(fēng)力發(fā)電具有波動性和間歇性，可能會造成電力系統(tǒng)總輸出功率的不穩(wěn)定，這就需要其他常規(guī)電源具有更強的保障供電的穩(wěn)定性。②風(fēng)力發(fā)電具有不確定性，因此在電源規(guī)劃中還要對規(guī)劃模型進行相應(yīng)的調(diào)整。流經(jīng)機組的風(fēng)的強度會對風(fēng)力機組的出力產(chǎn)生較大的影響，因此在規(guī)劃的過程中還要考慮到規(guī)劃結(jié)果會受到不同風(fēng)強度的不同影響。

在電能質(zhì)量方面，塔影效應(yīng)和風(fēng)速變化會造成風(fēng)機出力的波動，甚至造成電壓閃變，還可能造成系統(tǒng)電壓的降低或升高，從而造成劇烈的電壓震蕩，帶來諧波污染。在系統(tǒng)費用方面，一般情況下必須留有2～3%的旋轉(zhuǎn)備用容量，才能保障電網(wǎng)運行的可靠性和安全性，然而由于風(fēng)力大小對風(fēng)力機組的影響，風(fēng)電電源接入勢必要增加，電網(wǎng)的備用容量而且系統(tǒng)的調(diào)峰難度也會有所增大。圖1為某地12月各日的風(fēng)速變化曲線，可見風(fēng)力發(fā)電具有較高的不確定性。

2 包含風(fēng)電系統(tǒng)的電網(wǎng)潮流計算

要對風(fēng)電電源接入的電網(wǎng)進行規(guī)劃和協(xié)調(diào)，就必須對其進行潮流計算，并且保障潮流計算的合理性，從而保障電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和安全性。

圖1 某地12月各日的風(fēng)速變化曲線

一般情況下，在潮流計算中往往將系統(tǒng)先分為三個類別，分別為平衡點、PV節(jié)點和PQ節(jié)點，然而鑒于風(fēng)電機組的特殊性，不能將其進行歸類。因此在對電力系統(tǒng)潮流進行求解時，還應(yīng)該對風(fēng)電機組本身的特點進行充分的考慮。如果具有較低的精度要求，可以將其歸類為PQ節(jié)點，再以已經(jīng)給出的功率和風(fēng)速為基礎(chǔ)，對風(fēng)電機組的武功和有功出力進行計算。一般情況下，出于對風(fēng)電異步發(fā)電機特性的考慮，所以用轉(zhuǎn)差、電壓和有功函數(shù)來表達(dá)無功，用風(fēng)速函數(shù)來表達(dá)有功[2]。

3 對風(fēng)電電源接入進行考慮的電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)框架

預(yù)計到2020年，我國將擁有超過2.3億kW的風(fēng)電裝機，達(dá)到4600億kW以上的發(fā)電量，在電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)該對風(fēng)電電源接入進行考慮，保障風(fēng)電接入配套和風(fēng)電規(guī)劃的合理性。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的總體框架見圖2。

圖2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的總體框架

3.1 保障風(fēng)電規(guī)劃的合理性

風(fēng)電場的建設(shè)位置對于風(fēng)電規(guī)劃非常重要，與此同時還要對風(fēng)電場的建設(shè)容量進行考慮。與常規(guī)火電機組不同的是，可以將風(fēng)電場的選址分為微觀選址和宏觀選擇兩個方面。微觀選址指的是先選定一個較小的區(qū)域，然后對風(fēng)力發(fā)電機組進行布置。宏觀選址指的是綜合考慮，某個較大區(qū)域內(nèi)的交通、電網(wǎng)、氣象等不同方面的因素，將合適的小區(qū)域找出來。

風(fēng)電規(guī)劃不能套用傳統(tǒng)的電源規(guī)劃，這是由風(fēng)電出力的不確定性造成的。電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)需要考慮的因素包括系統(tǒng)對電壓的要求、風(fēng)電場的選址、電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力等。由于注入風(fēng)電功率而造成的，節(jié)點電壓會對系統(tǒng)的風(fēng)電穿透功率水平進行制約，而且運用穩(wěn)步潮流計算來對風(fēng)電穿透功率極限進行給定[3]。

可以運用以下兩種方法來對風(fēng)電穿透功率的極限進行計算：①隨機模擬，這需要一定的計算時間，但是能夠得到精度較高的結(jié)果；②最大負(fù)荷計算，精度較低，但是能夠在較短的時間內(nèi)得出結(jié)果。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性還會受到風(fēng)電場接入的影響，可以使用模擬算法或解析法來對這種影響進行計算?？梢赃\用序貫蒙特卡洛仿真法對風(fēng)電接入后電網(wǎng)系統(tǒng)所受的影響進行預(yù)估，并將線性模型確定下來，目標(biāo)函數(shù)為減負(fù)荷最低、調(diào)整機組出力。

3.2 規(guī)劃風(fēng)電接入配套的調(diào)峰調(diào)頻電源

除了要對風(fēng)電電源的接入進行考慮之外，還要對與其配套的調(diào)峰調(diào)頻電源進行合理的規(guī)劃。與常規(guī)機組不同的是，風(fēng)電的可預(yù)測性和可控性較差，而且具有較強的波動性，要對機組的輸出功率進行控制，具有一定的困難。鑒于風(fēng)電出力具有反調(diào)峰特性和間歇性，因此電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該為其配備一定的調(diào)峰電源和備用電源，才能對風(fēng)電接入，造成的不穩(wěn)定性進行彌補。

由于調(diào)峰能力的減弱，電網(wǎng)運行的安全性也受到了一定的影響。因此應(yīng)該建立接入風(fēng)電電源的電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)化模型，該優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該是停電損失費用、運行費用和投資費用的最小化，約束條件是系統(tǒng)運行約束數(shù)。鑒于風(fēng)電的特殊性，不能套用常規(guī)機組的規(guī)劃模型，此時可以將風(fēng)電和光伏發(fā)電作為互補能源系統(tǒng)，從而提高電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰能力。除了要增加電源風(fēng)機組之外，還可以使用中斷負(fù)荷來進行調(diào)峰，以提高負(fù)荷響應(yīng)的精確性。

4 進一步提高電網(wǎng)與風(fēng)電電源的協(xié)調(diào)性

在對風(fēng)電電源接入電網(wǎng)進行系統(tǒng)規(guī)劃之后，還要進一步提高電網(wǎng)系統(tǒng)與風(fēng)電電源之間的協(xié)調(diào)性，保障電力市場的平衡，促進二者的協(xié)調(diào)發(fā)展。在大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電市場的過程中，還應(yīng)該考慮到消納市場和風(fēng)電并網(wǎng)的問題，風(fēng)電分布具有一定的不協(xié)調(diào)性，電網(wǎng)規(guī)劃和電源接入之間很難同時完成協(xié)調(diào)規(guī)劃。

以我國某省調(diào)系統(tǒng)為例，該省的電源結(jié)構(gòu)中占比例較大的是供熱機組和小火電，水電的比例較小，大規(guī)模風(fēng)電的開發(fā)可能會給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力帶來一定的壓力，而本地對于電力的消納能力并不高，需要對風(fēng)電進行外送，而對風(fēng)電進行中長距離的輸送，又會帶來較高的成本[4]。

因此而當(dāng)?shù)乜紤]將火電和風(fēng)電聯(lián)合起來進行打捆送出，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到一定的提高，使線路功率的波動得到控制，同時對受端的供電成本進行一定的控制，使風(fēng)電就更高的競爭力。此外還有其他省對風(fēng)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)電與抽水蓄能進行互補進行了一定的嘗試。

5 結(jié)語

作為一種清潔能源風(fēng)電能夠滿足國家對于環(huán)境保護和節(jié)能減排方面的要求，為了保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)該對風(fēng)電電源接入后的電網(wǎng)系統(tǒng)進行科學(xué)的規(guī)劃和協(xié)調(diào)，對風(fēng)電資源進行最大化的利用，同時還要保障系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性。在規(guī)劃協(xié)調(diào)的過程中，應(yīng)該盡量避免電網(wǎng)規(guī)劃和電源規(guī)劃之間的脫節(jié)，提高二者的協(xié)調(diào)性。

[1]穆永錚，魯宗相，周勤勇，韓家輝，黃 鑌.基于可靠性均衡優(yōu)化的含風(fēng)電電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015（01）.

[2]田書欣，程浩忠，曾平良，張立波，馬則良，洪紹云，張建平，Masoud BAZARGAN.大型集群風(fēng)電接入輸電系統(tǒng)規(guī)劃研究綜述[J].中國電機工程學(xué)報，2014（10）.

[3]周鯤鵬，方仍存，顏 炯，康重慶，林海英，劉秀坤.電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2013（03）.

[4]田廓，邱柳青，曾鳴.基于動態(tài)碳排放價格的電網(wǎng)規(guī)劃模型[J].中國電機工程學(xué)報，2012（04）.

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2016-11-12