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摘要：随着“十三五”时期国家对于新能源目标的积极推进，风力发电已经成为新能源发电的主要形式，但是风电出力具有随机性和间歇性的特点，并具有明显的反调峰特性。随着风电大规模接入电网，从而给电网的安全稳定运行带来了新的挑战，准确的掌握电力系统对于风电的消纳能力，有助于科学合理风电场建设规划，更可辅助实际运行的调度决策。从风电出力特性及负荷变化情况出发，分析了接入电网的风电消纳能力，并提出了简单计算风电消纳能力的计算原理，给出了电网消纳风电能力的建议。
关键字：风力发电；消纳能力；分析方法
0.引言
电力系统的风电消纳能力和电网的构架、负荷特性、风机出力特性、电网运行方式等因素密切相关。预计到“十三五”末期我国的风电装机总量将达到1.5亿kW，未来我国风电将呈现大规模发展态势，风电消纳已成为社会普遍关注的焦点和电网调度运行迫切需要解决的重大问题。
根据湖州安吉电网网架结构与负荷发展现状，集中接纳较大规模的风电装机存在一些困难，本文通过对风能资源分布及相对位置，结合电网规划、风电规划，按照少量风电就近分散接入，大量风电集中送出，分级平衡消纳的原则，提出多种输出方案，并在一定的网架建设方案下，讨论了风电可接入电网的装机容量及对相应网架方案的安全性和适应性进行分析。本文在总结吉安风电发展基本特点的基础上，分析了影响风电消纳的关键因素，并结合不同发电企业风电项目并网，提出了促进风电有效消纳的措施和建议。
1.研究思路及方法
1.1研究思路
中国风资源主要分布在“三北”地区以及江苏省、浙江省等东南沿海地区。与国外风电多为分散式、小容量开发、接入中低电压等级、就地消纳的特点不同，大规模集中开发、中高压接入、远距离输送是中国风电的主要开发模式。据统计，2015年底，我国已规划的7个千万千瓦级大型风电基地，装机容量达到145.1GＷ。从风电分布地域来看，风能资源地理分布与电力负荷不匹配是风电发展的一大瓶颈，因此解决风电接纳问题的关键要素之一是电力外送及本地消纳。而目前我国风电大多处于电网末端，电网网架结构不够坚强，风电大规模接入给这些地区电网的稳定运行带来很大压力；另外风的波动性使风电场的输出功率具有波动性，无法对风电场制定准确的发电计划。随着风电场规模的扩大，风电在电网所占比例越来越高，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大。
目前，安吉县内暂无投运的风电场，根据2014年中广核建立的测风塔的测风数据，表1.1可知，在测风时间段内1850#测风塔80米高度平均风速为6.14m/s，风塔选高风能资源越好，1851#测风塔高度平均风速为6.03m/s，平均风功率密度为256W/。因此安吉风场风能资源较丰富，具备建设风电场的风资源条件。
根据风电机组的性能可将风电机组分为定速风电机组和变速风电机组两种。定速风电机组一般采用传统鼠笼式感应发电机；变速风电机组主要有两种结构：一种是基于双馈异步发电机的风电机组；另一种是基于同步或者异步发电机的全功率换流器风电机组。本文参考上述风电机组选型要求，结合目前兆瓦级机组市场现状，以及1850#测风塔风机运行特性，各机型技术、经济对比见图1.1及表1.2提出了风电接入系统的设想。
1.2研究方法
目前关于风电消纳能力分析的研究主要集中在定性分析方面，对基于具体风电接入电网的研究很少。目前的计算方法得出的结果也不够准确，考虑影响消纳能力的因素较少，可消纳的风电容量少；而且约束条件比较模糊造成计算结果偏差较大。本文基于实际工程在考虑安吉电网现状及风电出力特性的情况下，提出了隶属不同发电企业的风电项目接入安吉电网的设想，对于其输电方案的比较，从而提出较为合理的风电接入方案，使风电消纳的研究更为具体。
图1.1 各机型场区空气功率密度曲线
2.风电消纳能力分析
2.1负荷预测及特性分析
根据近几年安吉电网历史负荷曲线可以看出，年负荷变化规律是夏季的6月份、7月份及8月份，冬季的1月份、11月份及12月份负荷较高，其它月份负荷较低。全年最大负荷多发生在7、8月份，最小负荷主要在10月份。在实际运行的负荷曲线基础上，分析影响负荷特性变化的各有关因素，以现有的负荷曲线为基础，结合将来负荷构成的变化进行分析和调整，预测未来的负荷特性。安吉电网年负荷曲线预测结果见表2.1、图2.1。
图2.1安吉电网年负荷曲线预测
2.2风电消纳分析
2.2.1风电接纳条件分析
本文通过调峰平衡分析，在考虑风电反调节特性及出力同时率的基础上，对安吉电网基于调峰能力的风能接纳容量。安吉电网电源较单一，目前除了吉能天然气机组11.9万千瓦接入220千伏电网，其他大部分为小水电机组接入配电网系统，安吉电网电源机组的调峰能力低。这些都是安吉风电发展中实际存在的问题，也是我国发展大风电过程中面临的共同问题。解决好这些问题，需要认真分析总结风电发展经验，进一步提高风电技术水平，规范风电并网管理，在保证电网安全稳定运行的前提下、保证最大限度接纳风电。
2.2.2风电消纳的计算原理
依据安吉电网现状，其风电并网受限的主要原因为调峰能力的约束和电网输送能力约束限制，考虑安吉电网对风电的消纳能力时，首先应考虑电网输送约束的限制，然后再进行有风电接入时调峰能力的计算，得出调峰约束下的风电消纳能力。当安吉地区风电出力超出该地区电网输送约束限制时，需要对该地区风电出力进行限制；当电网输送约束限制后的风电总出力仍然超过调峰约束下的风电消纳能力时，需要对安吉全网风电总出力进行调峰约束限制。风电消纳能力的具体计算原理流程如图2.2所示。
3.提高风电消纳能力的建议
随着经济的发展，安吉乃至湖州地区的电网峰谷差越来越大，提高电网负荷率，是提高风电消纳能力的有效措施，通过实行峰谷电价从而有效地提高终端用电率，减小峰谷差。积极发展当地负荷，尤其是适应风电特性的间歇性负荷，开展风电储能技术实用化研究，大力开展储能负荷的建设，以便使用户在低谷时储存电能，在高峰时释放电能，尽最大可能的平衡因峰谷时段引起的不平衡功率。提高风电就地消纳能力是促进风电消纳较为有效的措施。注重增加负荷、强化消纳等工作，通过产业结构调整，增长用电负荷，以缓解部分风电消纳矛盾，同时通过优化电网调度运行、加强配套电网建设，增强电网风电接纳能力。
图2.2 风电消纳能力计算原理流程图
根据风电场的位置、装机容量，对风电场输出功率进行预测，调度部门可以根据预测结果即使调整风电机组的开机方式，有效减少限制风电电量。本文中风电容量应主要考虑在安吉电网消纳，并就近接入湖州电网消纳较为合理。
4.结论
风力发电以其无污染、可再生、技术成熟等优点倍受世人青睐。国际能源专家预言，21世纪将会是风力发电的世纪，为了引导安吉风电合理的发展，避免不必要的经济浪费，本文给出了风电电量消纳能力的初步计算方法。此外，为了更好地接纳风电，除了在计算方法上进一步研究使其更加精确的同时，还应考虑优化火电机组的投产时序，需要同时放开联络线限制，实现跨区送电方式。此外还可以通过开增长负荷来消纳过剩的电力，例如如通过优化电网调度运行、配套电网建设，配合灵活的电力市场制度提高风电消纳能力。
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论文作者:郑攀东,曹建伟,郑伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/20
标签：风电论文; 电网论文; 安吉论文; 负荷论文; 能力论文; 机组论文; 湖州论文; 《电力设备》2016年第6期论文;