摘要：本文主要对高比例可再生能源接入后天津电网的可再生能源发电消纳能力开展分析，得出当前及规划水平年可再生能源接入容量下，接入天津电网的可再生能源消纳水平，从可再生能源优先调度、功率预测、现货交易三方面在系统层面提出了提升城市电网可再生能源消纳能力的措施。
关键词：可再生能源；城市电网；消纳
0.引言
当今，在电力市场改革的大潮之下，可再生能源的消纳已成为困扰电网企业运营的棘手问题之一。从全网层面对高比例可再生能源接入城市电网的消纳能力评估是十分必要的。本文将以天津电网为例，对高比例可再生能源接入城市电网的消纳能力开展评估，并提出提升城市电网可再生能源消纳能力的措施。
1.可再生能源波动对天津电网频率响应特性的影响
考虑到天津电网与华北电网紧密相联，难以单独计算合理的天津电网自身频率调节系数。拟从发生故障后，天津电网重要联络线功率变化的角度研究可再生能源功率波动对天津电网频率响应特性的影响。
天津对外联络线为津静海—冀黄骅，津盘山—京安定，京航城—津南蔡，廊霸州—津吴庄，唐裕丰—津芦台。
本次研究仅考虑最严重故障形态，因此仅对掉机这种造成功率缺额最大的故障形态进行仿真。仿真模拟了两台1000MW的发电机组发生无故障掉机形态，造成了2000MW的功率缺额，分别统计10%旋备和5%旋备下的天津对外联络线的功率变化。
天津火电机组总容量为12841MW，在留有5%旋备的情况下，产生2000MW功率缺额时，4种不同情况（火电被风电替代依次为0%，10%，20%，30%）下的联络线功率支援分别增加了1581.41MW，1592.94 MW， 1598.98 MW， 1617.68 MW。留有10%旋备的情况下，产生2000MW功率缺额时，4种不同情况（同上）下的联络线功率支援分别增加了1499.37 MW，1518.96 MW，1532.36 MW，1556.85 MW。
由以上数据可知，可再生能源发电设备并网未对天津常规机组产生替代时，天津电网发生2000MW无故障掉机故障时，对比可再生能源发电设备并网替代常规机组后，发生同样故障，天津电网机组本地支援能力减少，联络线功率显著增加。
2.电网可再生能源消纳能力评估
通过将可再生能源发电量、系统负荷等变换为随时间变化的序列，从而得到电网电力电量平衡模型。当发生输电断面或调峰受阻情况时，调节各类机组出力，优先消纳可再生能源。从而可以得到一定装机容量、电网结构和负荷水平下可再生能源可消纳的电力电量和受阻情况。
1）电网模型；采用稳定性分析模型。
火电机组模型：火力发电机组根据用途可分为专门用来提供电力的凝汽式汽轮机组和同时可以用来供热的背压式和抽汽式汽轮机组。可再生能源消纳能力主要与供热机组关系紧密。
2）可再生能源场站模型：将可再生能源发电量变换为以时间为自变量的序列，其变化特征由所在地区的可再生能源资源来决定，可输入实际值或预测值。
3）优化模型
（1）目标函数：优化目标为所有区域在任意时段可再生能源发电功率最大，其目标函数如式（1-3）所示：
（1-3）
式中：N为系统所包含的分区电网总数；n为某一分区电网；T为调度时间的总长度；t为仿真时间步长；
为分区电网n在时段t的风电出力；
为分区电网n在时段t的光伏发电出力。
（2）约束条件：约束条件包括式系统旋转备用容量约束。
（1-4）
（3）优化变量：任一时刻天津电网各机组出力。
5）参数选取：2018年7月，天津电网的装机总容量达17619MW，燃煤机组12860MW（含供热机组7026MW），燃气机组3339MW（供热机组3286MW），风电装机472MW、光伏装机816MW，水电5MW，综合利用发电型式129MW。计划2021年至2030年期间，天津地区新增装机容量7646MW，到2030年时装机总容量为27920MW。
基于2017年底天津电网电源接入及网架结构现状，以及基于2020年天津电网电源规划接入及目标网架结构情况开展消纳能力分析。其中部分参数选取如下：
（1）备用率：综合备用率设为16%。
（2）煤电机组的综合最低技术出力系数：600MW及以上机组0.5、300MW至600MW千瓦机组0.6，200MW至300MW机组为0.7，100MW至20MW机组为0.80；供热煤电机组供热期出力在85%的总容量的和75%的总容量之间。
（3）气电机组调峰系数：纯凝调峰电厂出力不低于0.5；供热机组非供热期出力不低于0.5，供热期出力在0.8至0.9之间。
（4）抽水蓄能机组调峰系数：夏季最大出力1、最小出力-1。
（5）交流通道的外来电，夏季最大出力1、最小出力0.5；冬季最大出力0.85、最小0.5。
6）实算结果：该计算最终得出全年35040个点（每日96点）天津电网可再生能源机组发电量，并对比各场站相应时刻最大发电量，计算出各场站相应时刻限电量，并汇总得到天津电网可再生能源机组限电量。
2017年全年天津电网可再生能源发电量实际为16.65亿千瓦时，可再生能源全年任一时刻均可在天津电网内部全额消纳。实际2017年全年天津电网可再生能源限电量为0.16亿千瓦时，这是因多消纳冀北电网可再生能源发电导致的。
3.提升城市电网可再生能源消纳能力措施
3.1可再生能源优先调度管理
当编制日前计划和实时计划时，存在因电网消纳能力有限造成可再生能场站发出的电量不能完全被消纳的情形。此时，应及时上报并调整发电计划。根据实际的电网运行状况和可再生能源的发电情况，调整发电计划时，尽可能维持电量滚动平衡。
电网机组调峰顺序：抽蓄机组—具备调节能力的水电机组—非供热燃气机组—非供热燃煤机组—不具备调节能力的水电机组—供热燃气机组—供热燃煤机组—风电机组—光伏电站。
4小结
本文主要对高比例可再生能源接入后天津电网的可再生能源发电消纳能力开展分析。
首先，针对高比例可再生能源接入后其发电设备功率波动对电网频率响应特性进行分析。从故障后天津电网重要联络线功率变化的角度研究可再生能源功率波动对天津电网频率响应特性的影响。
其次，开展了高比例可再生能源接入后天津电网的可再生能源发电消纳能力综合评估，以可再生能源发电量最大为目标开展消纳能力分析。最终得出当前及规划水平年可再生能源接入容量下，接入天津电网的可再生能源均可就地全额消纳。
最后，提出一种可再生能源并网电气边界容量全网层面校核方案从可再生能源优先调度、功率预测、现货交易三方面在系统层面提出了提升城市电网可再生能源消纳能力的措施。
参考文献
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[2]董存，李明节，范高锋，黄越辉，礼晓飞.基于时序生产模拟的可再生能源年度消纳能力计算方法及其应用[J].中国电力，2015，48(12) ：166-172.
作者简介：
陆涛（1982-），男，河北高碑店人，汉族，本科生，主要研究方向为电力系统分析运行与控制，高级工程师。Email：luta119@163.com。
孙宁（1986-），男，河北任丘人，汉族，本科生，主要研究方向为电力系统分析运行与控制，助理工程师。Email：sunxxxning@163.com。
论文作者:陆涛,于天一,孙宁,卞海波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/11
标签：电网论文; 可再生能源论文; 天津论文; 机组论文; 能力论文; 功率论文; 电量论文; 《基层建设》2019年第22期论文;