分布式電源大量接入對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響分析

張樹杰

（貴州電網(wǎng)有限責任公司貴州貴陽550002）

分布式電源大量接入對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響分析

張樹杰

（貴州電網(wǎng)有限責任公司貴州貴陽550002）

隨著分布式電源的迅速發(fā)展，分布式電源總裝機容量在電力系統(tǒng)總裝機容量中的占比不斷加大，其出力特有的隨機性、季節(jié)性，對電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量將提出新的要求。通過擬合典型方式下的負荷曲線和電源出力曲線，建立等效持續(xù)負荷曲線，分析分布式電源的不同占比對系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的影響。

分布式電源；旋轉(zhuǎn)備用容量；等效持續(xù)負荷

引言

分布式電源，是指位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，以10kV及以下電壓等級接入電網(wǎng)，且單個并網(wǎng)點總裝機容量不超過6MW的發(fā)電項目。包括太陽能、天然氣、生物質(zhì)能、風能、地熱能、海洋能、資源綜合利用發(fā)電等類型[1]。目前國內(nèi)分布式能源主要發(fā)展方向為風力發(fā)電，風力發(fā)電受氣候影響較大，出力不穩(wěn)定，需要系統(tǒng)提供額外的旋轉(zhuǎn)備用容量。本文以等效負荷曲線為基礎，分析風力發(fā)電并網(wǎng)引起的電力系統(tǒng)備用容量需求變化。

1 等效持續(xù)負荷曲線

等效持續(xù)負荷曲線是將發(fā)電機的隨機故障影響當成等效負荷對原始負荷曲線不斷修正的結果[2]。圖1中，建立電力系統(tǒng)年負荷曲線g（0）（t）。單對系統(tǒng)中一個單位電源進行分析，若該單位裝機容量為C1，強迫停運率為q1，則考慮該單位電源隨機強迫停運后，等效持續(xù)負荷曲線為：

當該單位電源全停后，等效持續(xù)負荷曲線即為：

圖1 1個單位電源的等效持續(xù)負荷曲線

對同時具有i個單位電源的電力系統(tǒng)而言，由于全年負荷并非恒定，對具有i個單位電源的電力系統(tǒng)而言，分析可視為：在不同負荷時段，投入n個單位電源以滿足電力系統(tǒng)電力需求，n∈[1，i]。其正常運行方式下

的等效持續(xù)負荷曲線為：

則i個單位電源的電力系統(tǒng)等效持續(xù)負荷曲線如圖2所示。

圖2 i個單位電源的等效持續(xù)負荷曲線

2 旋轉(zhuǎn)備用容量率計算

受電源機組隨機停運影響，實際投運容量減小。在考慮所有機組隨機停運情況下，損失電源裝機的最大值，即可視為電力系統(tǒng)所需備用容量值。即具有i個單位電源的電力系統(tǒng)，所需備用容量：

當n=i時，備用容量得到最大值C（imax），即系統(tǒng)負荷達到最大值時g（max）。電源旋轉(zhuǎn)備用率達到最大

3 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

由上述分析可知，單位電源強迫停運率qi對電力系統(tǒng)備用容量的多少具有決定性作用，對組成電源性質(zhì)較為單一的電力系統(tǒng)，qi越低，旋轉(zhuǎn)備用容量率δ相應越低。對各種不同性質(zhì)電源構成的電力系統(tǒng)，分析可視為相同性質(zhì)的電源為一個單位電源，則qi較低的單位容量占比越高，備用容量率δ相應越低。

3.1 火電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

根據(jù)全國10萬kW及以上火電機組可靠性指標分析[3]，單臺機組非計劃停運次數(shù)約0.7次/臺年，非計劃停運時間約50h/臺年，等效可用系數(shù)約92%。對多機組組成的火電系統(tǒng)，在此粗略分析火電機組強迫停運率為：

qi=1-0.92=0.08

表1 全國10萬kW及以上火電機組可靠性指標

假設電源構成全為火電的電力系統(tǒng)，最大負荷100MW，則最大旋轉(zhuǎn)備用C（imax）為：

3.2 風電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用分析

風電與火電不同，非計劃停運除風機故障外，還包括風力不足等自然情況以及各種因素下的棄風切機。據(jù)統(tǒng)計，2011年全國風電平均年利用小時數(shù)為1920h[4]。對單臺風機而言，出力主要受瞬時風速影響，理論出力波動一般在裝機容量的0～80%之間，對多臺風機組成的電源系統(tǒng)，理論出力波動約在總裝機容量的20～60%之間[5]。因此，對單臺或多臺風機而言，全年發(fā)電均為非計劃降低出力運行。估算單臺風機強迫停運率為：

假設電源構成全為風電的電力系統(tǒng)，最大負荷100MW，則最大旋轉(zhuǎn)備用為：

由計算可知，由于單臺風機出力遠低于風機額定容量，因此前文提出的約束條件實際是無法得到滿足的，對電源旋轉(zhuǎn)備用的要求會非常高。因此，風電等不可控分布式能源并不適合作為系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用。

4 電源構成對旋轉(zhuǎn)備用的影響

由上述計算結果，對電力系統(tǒng)中風電占比由1～20%進行計算整個系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用總量，假設系統(tǒng)總負荷為100MW，以火電、風電分別作為兩個單位電源計算，計算結果如表2。

表2計算中，由于火電風電單獨計列，由火電作為火電裝機的備用，風電作為風電裝機的備用，因此隨著風電裝機比例增長系統(tǒng)需求的選裝備用容量增長極快，這是由風電出力性質(zhì)所決定。

而在實際運行中，旋轉(zhuǎn)備用容量一般由火電承擔，對上表進行一定修正可得表2。

通過修正結果可以看出，風電裝機比例超過10%以上，系統(tǒng)需求旋轉(zhuǎn)備用率已超過15%，在實際運行中，受其他不可控因素影響，對旋轉(zhuǎn)備用率的要求將會進一步提高。一定程度上影響了電網(wǎng)的運行成本和可靠性。

5 結論

風電等不可控分布式電源的接入將提高電力系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量，當該類電源裝機規(guī)模達到一定比例時，將對整個電力系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟性造成影響。在當前儲能技術未能實現(xiàn)對系統(tǒng)進行調(diào)峰及備用的前提下，對分布式電源的大量接入需謹慎，避免盲目擴張。

表2 不同電源構成的旋轉(zhuǎn)備用容量計算

表3 不同電源構成的旋轉(zhuǎn)備用容量計算修正

[1]關于做好分布式電源并網(wǎng)服務工作的意見.國家電網(wǎng)公司，2013.

[2]錫凡，王秀麗，陳皓勇.電力市場基礎[M].陜西：西安交通大學出版社，2013：41～45.

[3]2011年電力安全監(jiān)管情況報告.國家電力監(jiān)管委員會，2012.

[4]國家能源局關于加強風電并網(wǎng)和消納工作有關要求的通知.國家能源局，2012.

[5]龍志，張樹杰，等.華能貴州韭菜坪風電場（一期）工程接入系統(tǒng)設計，2009.

TM715

A

1004-7344（2016）24-0068-02

2016-8-7

張樹杰（1987-），男，貴州貴陽人，工程師，工學學士，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃研究工作。