連曉華 許春華 許曉康 于大洋

1.威海供電公司 山東 威海 264200；2.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250061

0 引言

風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例的增加，對(duì)節(jié)能減排有著積極的作用。但是，與水電、火電等常規(guī)電源相比，風(fēng)電等新能源發(fā)電最根本的不同點(diǎn)在于其存在隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性［1-4］。風(fēng)電裝機(jī)容量占電網(wǎng)總裝機(jī)容量比例比較小的時(shí)候，傳統(tǒng)的調(diào)度把風(fēng)電看成負(fù)值負(fù)荷，但是，隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展，這種調(diào)度策略不再適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展需要，風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)及其隨機(jī)性為電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度和運(yùn)行帶來(lái)了一系列問(wèn)題［5-7］。因此，電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力的研究已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)［8］。

隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加，電網(wǎng)調(diào)峰能力成為目前制約電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的主要因素，應(yīng)首先確定電網(wǎng)調(diào)峰能力以及風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)其影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為進(jìn)一步的研究提供基本依據(jù)。本文以風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)和等效峰谷差率作為電網(wǎng)調(diào)峰能力以及風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)其影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)。風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)，是反映風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率曲線相關(guān)程度和變化趨勢(shì)之間關(guān)系的指標(biāo)，用來(lái)考察風(fēng)電的調(diào)峰特性。等效峰谷差率的計(jì)算中，將風(fēng)電看作負(fù)的負(fù)荷，評(píng)估風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力的影響程度。

1 風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)

風(fēng)電接入電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力的影響與風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷的相關(guān)性有關(guān)。相關(guān)系數(shù)ρ是變量之間相關(guān)程度的指標(biāo)，其取值范圍為［-1,1］，｜ρ｜值越接近0，變量之間的線性相關(guān)程度越低；｜ρ｜值越接近1，變量之間的線性相關(guān)程度越高，正號(hào)表示變量變化趨勢(shì)相同，負(fù)號(hào)表示變量變化趨勢(shì)相反。相關(guān)系數(shù)計(jì)算方法如式（1）所示。

圖1為山東電網(wǎng)2011年春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)典型日負(fù)荷功率和風(fēng)電容量因數(shù)曲線，從圖中可以看出夏、秋、冬季負(fù)荷功率曲線變化趨勢(shì)與風(fēng)電容量因數(shù)的變化趨勢(shì)基本相反，春季略有相近。根據(jù)式（1）可以計(jì)算出風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)，如表1所示。

表1 風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)

從表1可以看出，春季風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)ρ＞0，夏季、秋季、冬季風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)ρ＜0，且以冬季相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大。說(shuō)明春季風(fēng)電容量因數(shù)與風(fēng)電功率略有正相關(guān)關(guān)系，其他三個(gè)季節(jié)成反相關(guān)，風(fēng)電日內(nèi)出力增減趨勢(shì)與系統(tǒng)負(fù)荷曲線相反，風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，以冬季風(fēng)電反調(diào)峰特性最為嚴(yán)重。

圖1 山東電網(wǎng)2011年四個(gè)季節(jié)典型日負(fù)荷功率和風(fēng)電容量因數(shù)曲線

2 負(fù)荷與等效負(fù)荷峰谷差率

峰谷差率為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中一個(gè)重要參數(shù)，為峰谷差與最大負(fù)荷的比值。計(jì)算方法如式（2）所示。

可以把風(fēng)電功率看作負(fù)的負(fù)荷功率，等效負(fù)荷功率即為電網(wǎng)負(fù)荷功率與風(fēng)電發(fā)電功率之差。通過(guò)式（2）可計(jì)算出山東電網(wǎng)在2011年負(fù)荷水平下風(fēng)電裝機(jī)為15GW時(shí)負(fù)荷與等效負(fù)荷的峰谷差率，如表2所示。

表2 山東電網(wǎng)在2011年負(fù)荷水平下風(fēng)電裝機(jī)為15GW時(shí)負(fù)荷與等效負(fù)荷的峰谷差率

從表2可以看出，雖然春季負(fù)荷功率與風(fēng)電容量因數(shù)有一定的正相關(guān)性，但是春季風(fēng)力較大，風(fēng)電容量因數(shù)均值為0.7029，較夏、秋、冬季的風(fēng)電容量因數(shù)均值大，故春季峰谷差率增加百分點(diǎn)最大。等效負(fù)荷峰谷差率較負(fù)荷峰谷差率增大了20%左右，風(fēng)電并網(wǎng)增加了電網(wǎng)的調(diào)峰壓力。

3 機(jī)組的最低出力約束限制風(fēng)電并網(wǎng)功率

當(dāng)風(fēng)電出力從較低水平逐漸增加，常規(guī)機(jī)組需要降低出力以滿足電網(wǎng)功率平衡。此時(shí)，機(jī)組的最低出力約束成為限制風(fēng)電并網(wǎng)的最主要因素。圖2給出了山東電網(wǎng)2011年負(fù)荷水平下，風(fēng)電裝機(jī)為15GW且火電機(jī)組調(diào)節(jié)系數(shù) （最小出力與最大開(kāi)機(jī)容量的比值）為0.5時(shí)的調(diào)峰能力。從圖2可以看出，春、夏、秋、冬季節(jié)均有不同程度的棄風(fēng)。在夜間低負(fù)荷時(shí)段，常規(guī)機(jī)組出力已經(jīng)處于較低水平，而此時(shí)又是風(fēng)電出力增加的時(shí)間，當(dāng)常規(guī)機(jī)組達(dá)到調(diào)節(jié)范圍的下限，將使富余的風(fēng)電不能接入（圖中陰影部分）。因此，常規(guī)機(jī)組在負(fù)荷低谷時(shí)段的調(diào)峰能力是決定電網(wǎng)風(fēng)電接納能力的關(guān)鍵因素。

圖2 電網(wǎng)調(diào)峰能力

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算春、夏、秋、冬季節(jié)典型日風(fēng)電容量因數(shù)和負(fù)荷功率的相關(guān)系數(shù)，得出春季風(fēng)電容量因數(shù)與風(fēng)電功率略有正相關(guān)關(guān)系，其他三個(gè)季節(jié)成反相關(guān)，風(fēng)電日內(nèi)出力增減趨勢(shì)與系統(tǒng)負(fù)荷曲線相反，風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，以冬季風(fēng)電反調(diào)峰特性最為嚴(yán)重。

在夜間低負(fù)荷時(shí)段，常規(guī)機(jī)組出力已經(jīng)處于較低水平，而此時(shí)又是風(fēng)電出力增加的時(shí)間，若常規(guī)機(jī)組達(dá)到調(diào)節(jié)范圍的下限，將使富余的風(fēng)電不能接入電網(wǎng)，常規(guī)機(jī)組的最低出力約束成為限制風(fēng)電并網(wǎng)的最主要因素。

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