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摘要：随着全球化经济快速发展的同时，世界各地的污染情况在不断加剧，各国都对此有了深刻的认识，都在不断寻求清洁能源来代替传统能源。现阶段来看，水电以及风电是最为常用的两种可再生能源，对于经济发展、能源建设以及环境具有非常大的影响。水电以及风电都具有自身的特点，但相互之间具有较好的互补性，所以要对其联合使用进行研究。本文主要研究风电和水电联合调度方面的问题，希望能够对相关人士有所帮助。
关键词：风电；水电；联合调度
0 引言
随着经济的发展，全球各地的能源需求量在不断上升，以煤、石油、天然气为代表的传统燃料逐渐消耗的同时环境也受到了越来越严重的污染，新能源建设已经成为了全世界都在关注的问题。相比于传统能源来说，风电、水电等可再生能源在环境保护、生态建设、经济效益等各个方面都具有非常大的优势，得到了广泛的应用。图1所示为2010-2015年我国风电新增和累计装机容量的趋势图，
从图1中可以看出，类似于风电、水电这种新能源得到了快速的发展。但随着风能等间歇式能源接入到电网当中，电力系统会受到较大的挑战。但由于水电具有比较好的应对间歇式能源的能力，能够有效弥补风电对于电网的不足，所以风电和水电进行联合调度对于促进新能源建设具有非常重要的作用和意义。
1 风力发电和水力发电概述
（1）风力发电
所谓的风力发电就是指利用风电转换系统将风能转变成为机械能，利用相应的传动装置将机械能再转变成为电能进行发电。但是因为风力发展会在很大程度上受到风能的限制，造成风电存在着波动性以及易变性的特征。
但是规模相对较大、容量相对较大的风电并网以及消纳的困难在很大程度上阻碍着风电的发展。虽然经过一段时间的发展，我国的弃风现象有了一定的改善，但是情况还是比较严重。我国出现严重弃风限电的原因有很多，例如我国陆地风电资源过于集中（主要聚集在新疆北部、内蒙以及甘肃北部等），装机总量可以达到全国的50%以上，用电量则是全国的10%左右，存在着比较严重的源荷失衡问题，很难就近将大容量的风电消纳掉。另外，位于西北部的风电集中区电源结构相对简单，很少有可以灵活调节的电源。并且这些区域相对较为寒冷，对于供热机组需求量非常大，具有非常明显的峰谷特性，造成电网很难承受。
（2）水力发电
水力发电是最为传统的电能产生方式之一。相对于火力发电来说，水力发电的运营成本相对较低、运营周期相对较短、对于环境没有污染，在一定程度上说水电是现阶段最为优秀的电能形式。随着传统能源的消耗逐渐增加，水电越来越受到人们的关注。水电站不光具有发电的功能，同时还具有灌溉、航运以及防洪等功能，具有较大的社会效益。
（3）风水互补的相关特性
因为风电和水电在空间方面具有比较大的差异，所以两者之间具有比较强的互补性，这可以从季节互补性以及水电调节技术等方面体现出来。
第一，季节互补性。风电资源以及水电资源都具有非常强的季节性，在夏季阶段的风速相对较小，但此时的降水量较大，河流具有非常大的流量，这也给水电站能够进行充分发电提供了保障。在冬季时风速相对较大，所以可以进行充分的风力发电。但此时降雨量相对较小，水电站的发电量也较小。所以风电和水电具有较好的季节互补性。
第二，技术特性互补。由于可以控制水库的蓄水量来控制电能的存储，同时水库所具有的蓄水能力可以有效抑制水能短期波动，所以水电具有容量特性。若是风电和水电进行联合运行，在风电输出比较大功率时水电能够进行蓄水，在风电功率比较小时水电会增加输出。风电能够给水电提供电量保障，而水电能够为风电提供容量补偿，这就形成了较好的互补性。
2 风电水电联合调度系统设计
（1）系统的结构
在风电和水电联合调度系统当中，为了能够保证水电可以抑制风电的波动性，一定要最大程度上利用风电电量以及水电容量之间的互补性，通过PMU来建立风电和水电之间的关系，最终使得风电可以转化成为可控的常规电源。图2所示为风电和水电联合运行的系统图。
此系统在风电以及水电长母线位置都设置了PMU，其能够为系统提供较为准确以及实时的风电、水电数据。在系统控制中心能够实现两位置PMU数据的分析以及交换，然后进行风电场和水电厂的指令控制，从而实现风电和水电的协调调度。风电-水电联合运行系统最主要的作用在于进行风电和水电功率的模拟仿真，从而在一定程度上解决风电消纳和并网方面的限制，达到系统并网方面的要求。具体的工作流程主要为：第一，利用UDP协议从服务器或者直接从风电场、水电厂参数测量点获取相应的数据，然后通过数据通信模块所所得数据进行相应的分析，并将数据输入到已经建立起来的模型当中，通过调度仿真模块实施模拟仿真。之后利用显示模块进行仿真结果显示，利用数据分析模块对于所获得的数据实施分析，最终将其存入到数据库当中。其运行系统结构图如图3所示。
（2）系统模块
此系统模块主要包括几个模块，分别为：系统管理模块、调度模块、数据通信模块、机组特性模块、显示模块和数据库模块。
第一，系统管理模块。此模块主要包括系统管理、权限管理等功能，主要进行用户等级设计以及权限设计等等。根据不同级别，此模块的系统管理员可以分为三层，最高层（高级管理员）可以进行用户的添加、剔除以及信息编辑等功能，此层具有最高的权限并且只有一个高级管理员。第二层（普通用户）只是能够进行程序的运行，确保软件基本功能能够实现，并且能够进行仿真计算。此层不能进行同等级用户的查看，但是能够创建出多个普通的用户。第三层（访问客户）不具有仿真以及操作的权限，只是能够对当前风电水电实际功率、风速等PMU信息情况进行简单的浏览，此层的用户能够通过上两层用户进行创建或者直接访问。
第二，调度模块。调度模块主要包括两个子模块，分别为并网功率控制模块、目标函数模块等。其中并网功率控制模块的作用在于控制风电并网情况，要确定是否完全并网以及能否弃风等进行设置。而目标函数模块主要是按照不同场景来选择相应的目标函数。因为在系统运行过程中会涉及到很多方面的利益问题，所以运行过程中非常有必要建立起不同的目标函数。
第三，数据通信模块。此模块主要包括几个子模块，分别为：UDP数据通信、风电资源以及水电资源等。UDP数据通信模块比较适合用于数据量较大、快速即时通信的情况下；风电资源模块能够对任何周期的风速数据进行导入，如果系统并没有具体的风速数据，那么系统能够按照此区域的具体情况来随机生成符合相关要求的风速数据；水电资源模块能够对周期性的水流数据进行导入，并且对于水库容量等相应参数进行设置。为了便于查看数据，风电以及水电资源模块具有数据的导入导出功能以及数据成图显示功能。
第四，机组特性模块。电机模块主要包括两个子模块，分别为风力机组、水电机组等，其中风电机组模块对于风电电机进行功率特性设置，主要设定的内容有风电机组额定容量、额定、切入和切出风速，除此之外还具有风电并网价格等风电场经济特性设置。水电机组模块主要是对水电电机进行功率特性设置，主要设定的内容包括水电站的额定功率、发电水头以及水电站发电效益等等，同时还具有水电并网价格等水电场经济特性设置。
第五，显示模块。显示模块主要包括两个子模块，分别为系统结构图、功率曲线显示两部分。其中系统结构图主要包括系统中不同能源的连接方式，通过此模块能够选择以及添加不同类型的能源，并且能够实现多能互补运行的效果。功率曲线模块主要进行风电、水电功率的显示，同时能够显示出系统并网功、风电弃风等曲线图，可以较为直观的显示出不同能源及其并网状态。
第六，数据库模块。数据库对于风电、水电有功协调调度系统具有非常重要的作用，最主要的作用在于对风电场、水电厂和电网PMU数据采集、历史数据和PMU节点信息进行管理，从而为用户提供历史数据的查看功能。总体上可以将数据库模块分为用户管理、资源数据库、并网功率数据库等等几部分。此系统设计采用的是SQL Server数据库当成历史数据库，通过磁盘进行存储，将自定义的存储方式当成实时数据库。另外，需要将计算机内存当成存储介质来满足系统实时性方面的要求。
3 结束语
水电以及风电都具有自身的特点，但相互之间具有较好的互补性，所以要对其联合使用调度问题进行充分的研究，这对于促进新能源的发展具有非常重要的作用。
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作者简介：石培，男，（1987年9月），学士，助理工程师，主要从事水电站运行管理工作。
论文作者:石培,李刚,杨武,李政柯,王识远,赵军
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/22
标签：风电论文; 水电论文; 模块论文; 系统论文; 互补性论文; 数据论文; 功率论文; 《基层建设》2017年6期论文;