调峰能力对风电并网的影响

2012-12-07连晓华许春华许晓康于大洋

山东电力高等专科学校学报 2012年5期

连晓华许春华许晓康于大洋

1.威海供电公司山东威海 264200；2.山东大学电气工程学院山东济南 250061

0 引言

风电在电网中所占比例的增加，对节能减排有着积极的作用。但是，与水电、火电等常规电源相比，风电等新能源发电最根本的不同点在于其存在随机波动性和间歇性［1-4］。风电装机容量占电网总装机容量比例比较小的时候，传统的调度把风电看成负值负荷，但是，随着风电的迅速发展，这种调度策略不再适应风电发展需要，风电的大规模并网及其随机性为电力系统的优化调度和运行带来了一系列问题［5-7］。因此，电网接纳风电的能力的研究已成为当前研究的热点［8］。

随着风电装机容量的增加，电网调峰能力成为目前制约电网接纳风电能力的主要因素，应首先确定电网调峰能力以及风电并网对其影响的评价指标，为进一步的研究提供基本依据。本文以风电容量因数和负荷功率的相关系数和等效峰谷差率作为电网调峰能力以及风电并网对其影响的评价指标。风电容量因数和负荷功率的相关系数，是反映风电容量因数和负荷功率曲线相关程度和变化趋势之间关系的指标，用来考察风电的调峰特性。等效峰谷差率的计算中，将风电看作负的负荷，评估风电并网对电网调峰能力的影响程度。

1 风电容量因数和负荷功率的相关系数

风电接入电网对电网调峰能力的影响与风电容量因数和负荷的相关性有关。相关系数ρ是变量之间相关程度的指标，其取值范围为［-1,1］，｜ρ｜值越接近0，变量之间的线性相关程度越低；｜ρ｜值越接近1，变量之间的线性相关程度越高，正号表示变量变化趋势相同，负号表示变量变化趋势相反。相关系数计算方法如式（1）所示。

图1为山东电网2011年春、夏、秋、冬四个季节典型日负荷功率和风电容量因数曲线，从图中可以看出夏、秋、冬季负荷功率曲线变化趋势与风电容量因数的变化趋势基本相反，春季略有相近。根据式（1）可以计算出风电容量因数和负荷功率的相关系数，如表1所示。

表1 风电容量因数和负荷功率的相关系数

从表1可以看出，春季风电容量因数和负荷功率的相关系数ρ＞0，夏季、秋季、冬季风电容量因数和负荷功率的相关系数ρ＜0，且以冬季相关系数绝对值最大。说明春季风电容量因数与风电功率略有正相关关系，其他三个季节成反相关，风电日内出力增减趋势与系统负荷曲线相反，风电具有反调峰特性，以冬季风电反调峰特性最为严重。

图1 山东电网2011年四个季节典型日负荷功率和风电容量因数曲线

2 负荷与等效负荷峰谷差率

峰谷差率为评价指标体系中一个重要参数，为峰谷差与最大负荷的比值。计算方法如式（2）所示。

可以把风电功率看作负的负荷功率，等效负荷功率即为电网负荷功率与风电发电功率之差。通过式（2）可计算出山东电网在2011年负荷水平下风电装机为15GW时负荷与等效负荷的峰谷差率，如表2所示。

表2 山东电网在2011年负荷水平下风电装机为15GW时负荷与等效负荷的峰谷差率

从表2可以看出，虽然春季负荷功率与风电容量因数有一定的正相关性，但是春季风力较大，风电容量因数均值为0.7029，较夏、秋、冬季的风电容量因数均值大，故春季峰谷差率增加百分点最大。等效负荷峰谷差率较负荷峰谷差率增大了20%左右，风电并网增加了电网的调峰压力。

3 机组的最低出力约束限制风电并网功率

当风电出力从较低水平逐渐增加，常规机组需要降低出力以满足电网功率平衡。此时，机组的最低出力约束成为限制风电并网的最主要因素。图2给出了山东电网2011年负荷水平下，风电装机为15GW且火电机组调节系数（最小出力与最大开机容量的比值）为0.5时的调峰能力。从图2可以看出，春、夏、秋、冬季节均有不同程度的弃风。在夜间低负荷时段，常规机组出力已经处于较低水平，而此时又是风电出力增加的时间，当常规机组达到调节范围的下限，将使富余的风电不能接入（图中阴影部分）。因此，常规机组在负荷低谷时段的调峰能力是决定电网风电接纳能力的关键因素。