考慮風(fēng)力發(fā)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃分析與研究

蔡 舒

（內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

風(fēng)力發(fā)電歸屬于可再生能源發(fā)電方式的范疇，這種發(fā)電方式在近些年獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，裝機(jī)容量不斷增大，雖然這在一定程度上解決了電能的供應(yīng)問題，但由于風(fēng)力發(fā)電所具有的不確定性，如果大規(guī)模接入，會(huì)對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃造成影響。鑒于此，文章就考慮風(fēng)力發(fā)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行研究。

1 風(fēng)力發(fā)電接入對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的過程，由于風(fēng)能具有變化性的特點(diǎn)，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力具有了隨機(jī)性和不確定性的特點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)時(shí)，這種隨機(jī)和不確定的特性將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性造成一定程度的影響，具體而言，在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，需要更多的備用容量和常規(guī)機(jī)組啟停次數(shù)，才能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。由于季節(jié)和晝夜均會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力造成影響，從而增大了機(jī)組的調(diào)節(jié)和控制難度，當(dāng)風(fēng)電接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)使等效負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步增大。同時(shí)，由于大部分風(fēng)電場的所在地都距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，加之網(wǎng)架比較脆弱，使得風(fēng)電接入電網(wǎng)后，現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無法滿足安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：其一，風(fēng)電的出力特點(diǎn)使其在并入電網(wǎng)之后，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性下降，這就要求在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，要加入更多的備用容量，致使電網(wǎng)的規(guī)劃難度增大；其二，因風(fēng)速的變化具有無規(guī)律的特點(diǎn)，從而使得風(fēng)電的出力存在波動(dòng)性，它的接入會(huì)使電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性有所下降，甚至?xí)斐呻妷汉皖l率失穩(wěn)的情況，所以在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，需要充分考慮風(fēng)電并網(wǎng)后，對(duì)電壓和頻率的影響；其三，當(dāng)電網(wǎng)的用電負(fù)荷處于相對(duì)較低的狀態(tài)時(shí)，若接入容量過大的風(fēng)電，則需要停運(yùn)部分常規(guī)發(fā)電機(jī)組，以滿足調(diào)峰的需要，所以在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，需要考慮風(fēng)電對(duì)調(diào)峰造成的負(fù)面影響；其四，在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，需要考慮一些不確定的因素，如電源的投資成本、負(fù)荷的增長速度等等，而風(fēng)電的接入會(huì)使這些不確定的因素變得更加復(fù)雜。

2 風(fēng)力發(fā)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃策略

（1）考慮風(fēng)電綜合系數(shù)。在風(fēng)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃中，需要考慮如何在有限的規(guī)劃成本內(nèi)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電利用效率最大化的目標(biāo)，并盡可能減輕風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的影響。鑒于此，在電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮風(fēng)電綜合系數(shù)，這是一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：一部分是線路建設(shè)成本，另一部分是風(fēng)電利用效率，該指標(biāo)能夠如實(shí)反映出兩個(gè)部分之間的關(guān)系。下面提出三種規(guī)劃模型，為電網(wǎng)規(guī)劃方案的決策提供參考。第一種規(guī)劃模型是以風(fēng)電綜合系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建模型的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最大化的風(fēng)電綜合系數(shù)，可將功率平衡、線路潮流及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出力上下限作為約束條件；第二種模型是將風(fēng)電綜合系數(shù)轉(zhuǎn)化為線路投資的年均收益率，以最小化線路投資作為目標(biāo)函數(shù)，約束條件與第一種模型的約束條件相同；第三種模型是以風(fēng)電利用效率最大化作為目標(biāo)函數(shù)，通過對(duì)線路選擇進(jìn)行分段優(yōu)化，找出對(duì)風(fēng)電利用效率增長最有利的線路，再進(jìn)行求解確定出最大值。當(dāng)電網(wǎng)規(guī)劃追求資金利用效率時(shí)，可選擇第一種模型；當(dāng)存在資金約束和收益率要求時(shí)，可以選擇第二種模型；如果追求最大化風(fēng)電接納效果，則可選用第三種模型。

（2）考慮需求側(cè)資源。在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃的過程中，需求側(cè)資源是一個(gè)應(yīng)當(dāng)予以充分考慮的因素，由此能夠減少高峰時(shí)段電力負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的壓力，有助于供電可靠性的提升。站在用戶的角度上講，可使電力消耗有所降低，電費(fèi)會(huì)隨之減少，有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。在考慮需求側(cè)資源的前提下，可將目標(biāo)函數(shù)確定為最小化的規(guī)劃成本，然后通過遺傳算法對(duì)規(guī)劃模型進(jìn)行求解。此外，為使需求側(cè)資源得到最大限度的利用，可采取措施：其一，對(duì)電力用戶的生產(chǎn)安排進(jìn)行優(yōu)化，以工業(yè)企業(yè)為例，其用電負(fù)荷通常集中在某些特定的時(shí)間段，并且時(shí)間固定，對(duì)此，可通過改變生產(chǎn)周期的方法，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移；其二，對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換，可將一些能耗較高的設(shè)備更換成節(jié)能設(shè)備；其三，加大節(jié)電管理力度，提高人們的節(jié)電意識(shí)。

（3）考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)。在有較大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入的情況下進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)予以考慮，可以通過該系統(tǒng)的運(yùn)用，對(duì)瞬時(shí)風(fēng)電功率輸出進(jìn)行吸收，借此來平滑風(fēng)電場的功率輸出。實(shí)踐表明，儲(chǔ)能系統(tǒng)最為顯著的作用是可以有效減少風(fēng)電瞬時(shí)高功率的輸出，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置，還能使輸電線路的建設(shè)成本有所減少。在對(duì)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃模型進(jìn)行求解時(shí)，需要確定儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)中的建設(shè)位置及系統(tǒng)的容量。為使確定過程得以簡化，可對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行編碼，這樣一來，便可直接采用遺傳算法進(jìn)行求解。

3 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的形勢下，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，必須全面分析風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來的種種影響，并從風(fēng)電綜合系數(shù)、需求側(cè)資源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等方面進(jìn)行考慮，確定電網(wǎng)規(guī)劃的最佳決策方案，使風(fēng)電得到最大限度利用的同時(shí)，減輕對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。

［1］旺管霖，陳沛東，李峰，等.近海風(fēng)電場接入城市電網(wǎng)規(guī)劃原則［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2015，（8）：121-122.