風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行現(xiàn)狀研究

李大鵬+楊秀媛+張利+王蒙

摘要：風(fēng)電和水電是最具前景的可再生能源，兩者互相結(jié)合的風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行正在成為當(dāng)今新能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。為了充分學(xué)習(xí)已有的研究成果，并展開(kāi)對(duì)風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電更有效的研究，本文回顧了風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行的發(fā)展歷史，對(duì)風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行的控制方法進(jìn)行了總結(jié)與歸納。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；水電；風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）11-0136-02

一、風(fēng)水互補(bǔ)的可行性研究

由于自然風(fēng)的隨機(jī)性和不確定性，使得風(fēng)電具有了波動(dòng)性與間歇性的缺點(diǎn)，這給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及電能質(zhì)量帶來(lái)了較大的影響，同時(shí)也給風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電和運(yùn)行計(jì)劃的制定帶來(lái)很多困難。[1，2]水電在時(shí)間的分布上卻能夠極大的彌補(bǔ)風(fēng)電的不足，我國(guó)的大部分地區(qū)，夏秋時(shí)節(jié)風(fēng)速較小，風(fēng)電場(chǎng)的輸出低，而此時(shí)正是雨季，雨量較大，水電站正好可以滿足風(fēng)電的負(fù)荷。而冬春季節(jié)，雨量較少，水庫(kù)存水不足，水電站的輸出不夠，而這時(shí)風(fēng)電場(chǎng)的輸出較大，能夠完美地滿足水電場(chǎng)輸出的負(fù)荷。

文獻(xiàn)[3]對(duì)風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算，從供電率的增長(zhǎng)和成本的減少兩個(gè)主要關(guān)鍵進(jìn)行論證，對(duì)已建成的小水電站用風(fēng)電協(xié)同和待建的風(fēng)電、水電站展開(kāi)合理的規(guī)劃，并通過(guò)具體的算例分析，驗(yàn)證了風(fēng)水聯(lián)合發(fā)電的可行性和后續(xù)發(fā)展。文獻(xiàn)[4]根據(jù)云南省風(fēng)電、水電的出力特性分析不同代表年風(fēng)水互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行的可行性，風(fēng)電水電可以協(xié)調(diào)發(fā)展取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[5-6]根據(jù)新疆阿勒泰地區(qū)的風(fēng)能水能資源，構(gòu)建該地區(qū)風(fēng)電、水電互補(bǔ)系統(tǒng)，并進(jìn)行潮流計(jì)算，驗(yàn)證了解決電網(wǎng)調(diào)峰及冬季穩(wěn)定供電問(wèn)題的正確性和可行性。

二、抽水蓄能電站和風(fēng)電的聯(lián)合運(yùn)行

由于風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性，波動(dòng)性難以穩(wěn)定，使得大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)造成了極大的困難，而儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠合理的吸收能量并實(shí)時(shí)地釋放出來(lái)的特點(diǎn)有效彌補(bǔ)風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性，使得改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率成為了可能。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠通過(guò)輸出正功率或負(fù)功率將風(fēng)電的輸出功率變得穩(wěn)定，間接地將風(fēng)電可控化，將電能質(zhì)量相對(duì)地提高。儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電聯(lián)合共同供電將是未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的一大方向。[7，8]

文獻(xiàn)[9][10]根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的形式對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了分類，并指出常見(jiàn)的儲(chǔ)能方式，抽水蓄能在現(xiàn)在儲(chǔ)能方式上占據(jù)著主要的地位。文獻(xiàn)[11]提出了風(fēng)力發(fā)電—抽水蓄能—海水淡化綜合系統(tǒng)。建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，搭建了控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，提出了智能控制策略通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析來(lái)判斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的智能化調(diào)度確保了綜合系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和可靠性。文獻(xiàn)[12]提出了風(fēng)電與水電站聯(lián)合運(yùn)行的日內(nèi)優(yōu)化策略，通過(guò)水電站的抽水蓄能能力來(lái)抑制風(fēng)電的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，從而使風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和水電場(chǎng)的協(xié)同運(yùn)行更加合理，利益最大化。

對(duì)于風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，抽水蓄能電站的建設(shè)不但具有具重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還能推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使得兩種清潔能源聯(lián)合發(fā)展。不過(guò)對(duì)于一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)需要搭配一個(gè)多大容量的抽水蓄能電站與之協(xié)同運(yùn)行，這一系列問(wèn)題還需要未來(lái)的學(xué)者專家們共同探討。

三、常規(guī)水電站和風(fēng)電的聯(lián)合運(yùn)行

目前大部分的研究都集中在風(fēng)電與抽水蓄能的聯(lián)合運(yùn)行。但是，當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，絕大部分的水電都是常規(guī)水電，若僅僅為了風(fēng)電并網(wǎng)而建造抽水蓄能電站不符合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在風(fēng)電大規(guī)模的并網(wǎng)情況下，風(fēng)電裝機(jī)容量在電網(wǎng)中的比重逐步增加，參與電網(wǎng)調(diào)頻電源容量的比例顯著下降，相應(yīng)容量的調(diào)頻電源需要同步的匹配增加。[13]文獻(xiàn)[14]結(jié)合我國(guó)西北地區(qū)風(fēng)電，水電資源充沛、調(diào)節(jié)性好的特點(diǎn)，提出了以水電優(yōu)先為風(fēng)電進(jìn)行調(diào)峰，火電其次作為補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方法。該方法先根據(jù)水風(fēng)協(xié)調(diào)運(yùn)行原理推導(dǎo)水電可平衡的風(fēng)電出力，再通過(guò)模擬的計(jì)算程序和算法計(jì)算出火電為風(fēng)電提供的補(bǔ)償能力，驗(yàn)證了其可行性。文獻(xiàn)[15]以東北電網(wǎng)桓仁水電廠為例，從發(fā)電量及其調(diào)峰對(duì)風(fēng)電消納貢獻(xiàn)效益最大化的角度出發(fā)，討論了常規(guī)水電的年度運(yùn)行方式的制定原則，建立了考慮水電為風(fēng)電調(diào)峰的聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[16]通過(guò)常規(guī)水電站與風(fēng)電的協(xié)同運(yùn)行，來(lái)抑制風(fēng)電具有負(fù)荷時(shí)跟蹤時(shí)間上的隨機(jī)性和不確定性，提高了風(fēng)電的利用效率，增長(zhǎng)了經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[17]建立了風(fēng)水聯(lián)合調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，得出聯(lián)合調(diào)度模型不管是在保障風(fēng)電上網(wǎng)、提高線路傳輸容量的利用率、改善聯(lián)合體的整體經(jīng)濟(jì)效益等方面，都比獨(dú)立運(yùn)行模型要優(yōu)越。這證明聯(lián)合調(diào)度模型具有可行性和實(shí)用性。

總之水電廠對(duì)于對(duì)風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性具有良好的調(diào)節(jié)作用，風(fēng)水聯(lián)合運(yùn)行不但具有理論意義，更具有經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)和水電廠聯(lián)合運(yùn)行將是解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的一個(gè)有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海超，魯宗相，周雙喜.風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電容量可信度研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（10）：103-106.

[2]張新房，徐大平，呂躍剛，等.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展及若干問(wèn)題[J].現(xiàn)代電力，2003，（05）：29-34.

[3]劉惠敏，王世鋒，劉偉，等.風(fēng)水互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)初探[J].水力發(fā)電，2007，（03）：77-79.

[4]萬(wàn)航羽，吳政聲，叢翔宇，等.云南省風(fēng)水互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行探討[J].機(jī)電信息，2013，（27）：25-27.

[5]于午銘，蔡萬(wàn)文，王習(xí)紅，等.構(gòu)建阿勒泰地區(qū)水電—風(fēng)電互補(bǔ)系統(tǒng)[J].新疆電力，1999，（03）：1-6.

[6]晁勤，陳江.風(fēng)電-水電互補(bǔ)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算[J].新疆工學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，（02）：90-94.

[7]袁小明，程時(shí)杰，文勁宇.儲(chǔ)能技術(shù)在解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題中的應(yīng)用前景分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，（01）：14-18.

[8]李強(qiáng)，袁越，談定中.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，（01）：115-122.

[9]張文亮，丘明，來(lái)小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（7）：1-9.

[10]S.M.Schoenung，C.Burns.Utility energy storage applications studies[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，1996，11（3）：658-665.

[11]任巖，鄭源，陳德新，等.風(fēng)電—抽蓄—海水淡化綜合系統(tǒng)及其智能控制[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012，（03）：252-257.

[12]E.D.Castronuovo，JAP.Lopes.On the optimization of the daily operation of a wind-hydropowerplant[J].IEEE Trans on Power Systems，2004，19（3）：1599-1606.

[13]張麗英，葉廷路，辛耀中，等.大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題及措施[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，25：1-9.

[14]衣立東，朱敏奕，魏磊，等.風(fēng)電并網(wǎng)后西北電網(wǎng)調(diào)峰能力的計(jì)算方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，（02）：129-132.

[15]黃春雷，丁杰，田國(guó)良，等.大規(guī)模消納風(fēng)電的常規(guī)水電運(yùn)行方式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（23）：37-39，111.

[16]J.M.ANGARITA，J.G.USAOLA.Combinging hydro-generation and wind energe：bidding and opetation on electricity spot markets[J].Electric Power Systems Research，2007，77（5-6）：393-400.

[17]王文鋒.風(fēng)電—水電聯(lián)合調(diào)度隨機(jī)規(guī)劃模型與方法[D].桂林：廣西大學(xué)，2012.

Review and Prospect of the Wind and Hydro Power Coordinating Operation

LI Da-peng，YANG Xiu-yuan，ZHANG Li，WANG Meng

（Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China）

Abstract：Wind power and d hydro power is one of the most promising renewable energy.Wind and hydro power coordinating operation which combine both of them is becoming the hot topic in the field of new energy.In order to study the research results within the field and conduct more in-depth exploration on it.This article reviews the history of the development of wind and hydro power coordinating operation.The existing control methods of wind and hydro power coordinating operationwere was summarized systematically.The problems which should be solved forwind and hydro power coordinating operationwere proposed.

Key words：wind power；hydro power；wind and hydro power coordinating operation