（中国大唐集团内蒙古分公司通辽公司兴盛风场）
摘要：相较于常规能源，风能是一种可再生、成本低、可持续发展的新型能源。随着风力发电并网容量不断扩大，对电网稳定性造成一定的影响。电网的风电接纳能力是电网规划和风电场建设必须考虑的因素之一，因此，如何求解风电接纳能力并识别风电接纳能力影响因素，对风电并网研究具有十分重要的意义。本文主要研究了电网风电接纳能力约束条件及影响因素，
关键词：电力系统；风电接纳能力；约束条件；影响因素
能源是人类生存与经济发展的基础和保障，然而随着世界经济的持续发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题日益突出，能源供需矛盾频发，风能、太阳能、生物能等对环境友好的、可再生的清洁能源成为未来能源的发展方向。近年来，我国风能装机规模、容量不断扩大，截止2017年，我国新增装机容量达1966万千瓦，，累计装机容量达1.88亿千瓦，新增和累计装机容量均位居世界第一，是名副其实的风电大国。在分析我国风电发展趋势的同时，我们应清醒认识到国内风电发展仍存在许多问题，其中最大的问题是风电并网后无法消纳的问题，日益成为制约风电发展的瓶颈。因此，探讨电力系统风电接纳能力约束条件及影响因素具有重要的意义。
一、风能特性及并网对电力系统的影响研究
风能具有随机性、间歇性等特点，大规模风电并网会对电力系统产生一系列的影响，主要体现在以下两个方面。
1、风电并网对电网电能质量的影响
当前，风电并网大多采用柔性并网方式，但在启动时仍会产生较大的冲击电力，当风速达到风机切出风速时，风机将会停止运行，如整个风电场同时停止动作，将会对电网产生较大的冲击，同时，风电场的尾流效应和塔影效应将造成有功功率输出产生波动，进而带来电网系统电压波动、闪变和频率等问题，影响电网电能质量。
2、风电并网对电网稳定性的影响
当前，风电作为火力发电的补充，通常位于电网的末端，大规模风电场接入电网会对电网系统潮汐分布产生较大的影响。在电网规划初期，一般未考虑风电接入，因此，随着风电并网规模的不断扩大，风电场的母线、输电线路可能产生电压、输电功率越限等情况，对电网系统稳定运行产生一定的威胁。此外，大规模风电并网后，风电场恢复需要吸收大量的武功，如无功不足，将引起系统电压崩溃。
二、风电接纳能力及影响因素研究
1、风电接纳能力概述
综上所述，风电场容量达到一定值时，将对电网系统稳定运行产生一定的影响，因此，为了提高风能利用率，避免过多风电并网威胁电网安全运行，有必要探讨特定电网风电并网最大规模，即该电网系统的风电接纳能力。
2、风电接纳能力影响因素
2.1 电网特性对风电接纳能力的影响因素
影响电网系统风电接纳能力主要因素在于风电自身和电网系统两个方面。电网系统方面主要考量机组调峰、爬坡能力、网架结构、负荷特性和运行管理等方面；风电自身影响因素主要是风电技术装备水平和风电自身特性两个方面。
（1）电网调峰能力
随着大规模风电场的并网，对电网系统的影响日益突出，电网调峰能力成为制约电网接纳风电的主要因素。当前，我国发电主要以火电为主，火电机组的调峰率可表示为：
由于电能不能大量储存，因此，必须保持电能生产、输送和消费的连续性，即电能生产应等同于该时刻电能损耗和消耗的总和。由于电网负荷在持续变化，电力系统生产应根据负荷的变动随时调整出力，确保电力系统平衡。在风电场并网研究中，通常将风电场出力视为负负荷，与电网负负荷产生叠加效应被称为等效负荷。由于风电具有波动性、随机性和不确定性，当风电场并网后，会对地电网系统等效负荷的峰谷差产生一定的影响。
（2）机组爬坡能力
火电机组爬坡能力反映了对风电变化的快速反映能力，一定程度上对电网系统风电接纳能力产生一定的影响，火电机组爬坡极限计算可表示为：
（3）网架结构特性
由于风能资源较为集中，大多处于偏远地区，需要将大规模并网的风电输送到负荷集中区域，这就需要电网系统综合输送能力，也就是电网网架结构。在电网风电接纳能力方面，网架结构性因素主要是对风电场集中区域对外输送功率的影响。
（4）电网运行管理
电网运行管理即电网备用容量和频率电压调节能力。电网管理单位基于安全运行的考虑，对电网运行可靠性指标和备用容量设置是否合理，也是影响电网优化运行的重要影响因素，将对电网调峰容量产生重大的影响。
综上所述，电网调峰能力及电网网架结构是影响风电接纳能力的重要因素，因此，在评估电网风电接纳能力时，应当考虑电网调峰能力的大小、电网输送能力及备用容量等主要约束条件。
2.2 风电特性对风电接纳能力的影响因素
（1）风电反调峰效应
从风电接入对电网的影响来看，风电的调峰效应可分为正调峰和负调峰。正调峰是风电日出力曲线与电网系统日负荷趋势大致重合，大规模风电场并网后电网系统等效峰谷差减小。反调峰是风电日出力曲线与电网系统日负荷曲线相反，由此导致风电接入电网后等效峰谷差增大。风电并网后对电网的影响主要以反调峰为主要作用，给电网调度和调峰造成一定的压力，而且，风电场装机容量越大，对电网系统调峰的压力也相应的增大。
（2）风能资源的波动性
由于风电不能被大量储存，因此，风电场输出功率随风能的变化而变化，当大规模风电场所在区域风能资源变化较大时，将对电网系统产生较大的影响，对电能稳定性造成不利影响，制约了电网风电接纳能力。
三、电网系统风电接纳能力约束条件分析
在计算电网风电接纳能力时，应当以火电机组热备容量满足等容量的风电出力变化调峰需求为主，尤其是在冬季情况下，热点机组供热期、水电机组枯水期及风电机组大发期相互重叠，加之冬季日负荷峰谷差较大，给电网系统调峰造成较大的困难，风电消纳受到严重制约，因此，风电调峰约束应当以冬季风电并网作为研究对象。
在冬季供热期间，火电厂发电功率不足，一般发电量为额定功率的70%左右，在计算电网参与调峰机组出力时，应当适当减去热电机组出力，即：
当系统负荷处于低谷时，对电网系统调峰能力要求较高，且对风电接纳能力相对较弱，英雌，在低谷负荷时，电网系统风电接纳能力应由调峰机组最小容量、联络线计划、热点机组容量决定，可表示为：
式中，
为电网系统内所有机组的最小技术出力
根据上式，可知电网系统在低谷负荷时，风电接纳能力应为电网系统低谷负荷与最低实际出力之间的差值。
四、结语
综上所述，由于风电出力具有波动性、随机性，受电网系统和风电特性的影响，电网负荷会随时间发生一定的变化，因此，无法准确预测风电调峰裕度是否满足调峰要求，在风电场建设时，必须考虑电网系统能否消纳风电出力，以机组调峰机组最小容量、联络线计划和热点机组容量确定电网风电接纳能力，从而确保电网系统的供电质量。
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论文作者:孙则军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：电网论文; 风电论文; 能力论文; 系统论文; 机组论文; 负荷论文; 风能论文; 《电力设备》2018年第35期论文;