山西电网消纳风电能力的计算分析

李娜　张海江

摘 要： 山西电网风电并网规模不断增大，电力系统的调峰能力已成为消纳风电的主要因素。结合山西省水电贫乏、火电供热机组增多等特点，并考虑负荷特性、电源特性，分析了山西電网的调峰能力和风电对电网调峰能力的影响，提出了山西电网消纳风电能力的计算方法。在收集各种实际运行数据的基础上，通过计算分析，得到了山西电网消纳风电能力容量范围，并据此提出了电网运行控制措施。通过实践运行，证明此计算分析方法基本正确，达到了提高电网消纳能力的目的。

关键词： 风电并网； 电力系统； 消纳风电能力； 调峰； 计算方法

中图分类号：TM712 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）08-24-03

Computing analysis for wind power integration capacity into Shanxi power grid

Li Na， Zhang Haijiang

（Shanxi Electric Power Corporation， Taiyuan， Shanxi 030001， China）

Abstract： With the rapid development of wind farms connected with Shanxi power grid， the peak load regulation of power grid has become the main constraint condition to wind power integration capacity. Based on the feature that Shanxi is poor in hydroelectric resources and rich in thermal power， and by considering characteristics of loads power sources， the ability of peak load regulation of Shanxi power grid and the impacts of wind power are analyzed. A computing method for wind power integration capacity into Shanxi power grid is proposed. Using the computing， the range of wind power integration capacity is obtained. The specific measures to increase the capacity of wind power are proposed. The practice shows that this computing method is correct and can improve the capacity of wind power integration.

Key words： wind farms connected with power gird； power system； wind power integration capaticy； peak load regulation； computing method

0 引言

风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一[1]。山西省风能资源丰富，具备大规模开发利用的资源条件。根据山西省发改委《山西省风电接入电网和输电规划研究》报告，截止“十二五”末，山西省的风电规划总装机将达到1200万千瓦。

随着山西省千万千瓦级风电基地的逐步建成投产，风电在整个电源中比重逐年增加，电网电源结构更趋复杂，对电网的影响也逐步增大。由于风电出力随机性、间歇性、反调峰特性明显[2-3]，给电网调度和调峰带来一定的困难[4]，风电并网、电力送出和市场消纳已成为当前影响山西电网安全稳定运行和风电进一步大规模发展的主要问题。

本文结合山西电网水电贫乏，供热机组增多的现状，针对山西电网消纳风电能力进行计算分析，并提出为消纳风电而采取的电网运行控制措施。

1 山西电网风电发展现状及运行情况

1.1 山西电网风电发展状况

2008年7月28日，山西电网首座风电场-右玉小五台风场（4.95万千瓦）并网，拉开了山西风电发展的序幕。自2008年起，山西电网并网风电容量连年翻番。至2013年5月底，全省并网风电装机达到241.9万千瓦，占省调装机容量的5.6%，超过水电成为山西省第二大电源。

1.2 山西电网风电运行概况

2012年，山西省风电最大发电负荷149.8万千瓦，占全省风电装机容量的75.8%，占当时全省发电负荷的5.72%。山西电网风电最大逆调峰幅度为80.4万千瓦，使全网的调峰幅度增加了15.98%，对电网调峰造成了一定的困难。

2012年，风电功率波动性对电网的影响日益增加，全省风电1分钟最大变化幅度达11.5万千瓦，5分钟最大变化幅度达27.6万千瓦，15分钟最大变化幅度达到28.9万千瓦，对全网的功率调节造成较大的干扰。

1.3 电网调峰压力持续加大

由于山西水资源短缺，水电机组相对较少，山西电网机组调峰能力十分有限。正常情况下，山西电网峰谷差达到350～400万千瓦，2012年最大峰谷差达到571.4万千瓦，峰谷差率23.6%。

山西省火电机组多是空冷，其调峰性能受季节影响而波动。在电源集中的北部电网，其中60%是供热机组，“以热定电”使调峰性能存在一定瓶颈，在冬季风电大发季节，供热机组全部运行，受供热影响，机组调峰能力不到20%，即便安排非供热机组单机运行，依然存在发电容量超盈余，调峰容量不足的问题。

2012年底山西风电装机总容量达197.5万千瓦，2013年底达到315万千瓦。2013～2017年山西电网将有890万千瓦风电接入。随着风电的陆续投产，山西电网的调峰能力将面临严峻的考验。

2 山西电网消纳风电能力计算分析

电力系统消纳风电容量受电网调峰能力、输送能力、电压波动、稳定水平等因素影响[5]，其中电网可为风电提供的调峰能力是最根本的制约因素。如果并网风电超过电网可为风电提供的调峰极限，电网将难以平衡风电出力。

山西电网调峰主要由省调机组承担，火电机组占有绝对主导地位。山西省冬季气候寒冷，供热期约四个月，在北部大同、朔州等寒冷区域，冬季最冷月平均低温在零下15度以下，供热期可达5个半月[6]。2012年底省调机组中供热机组容量达到1700.5万千瓦，占火电装机的45.3%。供热期供热机组的调峰能力大幅降低，为满足对外供热和设备防冻条件，机组的最大、最小出力均受到限制，调峰能力不足20%。在冬季供热机组全开情况下，电网的调峰压力巨大。

水电机组具有启停迅速、简单的特点，是优质的调峰电源。但山西电网仅有水电站四座，合计装机容量为222.8万千瓦。

2.1 夏季电网调峰能力计算分析

夏季山西电网调峰能力主要制约因素为空冷机组受真空影响，高峰影响出力大，进而影响了电网的调峰能力。

夏季山西电网用电负荷峰谷差率一般在20%-22%左右，整体来看机组调峰能力在40%-50%。从近些年風电运行实际情况看，夏季为全年风电出力最少的月份，风电出力一般不超过并网容量的30%，对电网调峰影响较小，目前夏季方式下山西电网具备全额接纳风电的能力。

2.2 冬季电网调峰能力计算分析

由于冬季供热机组的调峰能力大幅下降，为保证供热，高峰时段出力不足、低谷时段向下调节能力受限，造成全网调峰存在较大困难。冬季全网高峰供热影响出力基本在90-130万千瓦之间，占运行机组可调容量的3%-5%。

根据省政府《山西省人民政府关于加快推进全省电力建设的若干意见》，提出了全面实施输煤输电并举战略，确定了到“十二五”末，全省电力装机确保达到8000万千瓦、力争10000万千瓦，外送能力确保达到3000万千瓦、力争5000万千瓦的发展目标。“十二五”后三年，核准在建、路条及低热值煤等规划火电项目315.55万千瓦，其中供热机组比例高达66.7%；核准在建、路条新能源规划项目104.3万千瓦，其中风电项目64.2万千瓦。

按照上述电源发展规划，到“十二五”末，火电机组中供热机组占比将超过50%，电源结构不合理的问题将更加突出，进一步加大冬季供热期的调峰压力。

2.3 联络线功率调节能力分析

山西作为全国电力外送大省，每年向华北及华中电网输送大量电力。2012年，山西500千伏系统向东通过大房三回线、神保双、阳北双、潞辛双四个外送通道、九条500kV线路与华北主网连接，向京津唐、河北南网送电。从区域电网用电负荷特性看，华北京津唐、河北南网的用电峰谷差在40%-48%左右，本身电网也面临较大的调峰压力，从技术层面看，通过减少联络线送电峰谷差提高山西电网调峰能力空间很小。

山西电网向南通过1000千伏长治-南阳-荆门特高压线路与华中电网联络，每年10月中下旬至次年5月中下旬向华中输送电力。华中电网水电装机充裕，2012年底水电装机容量8473.61万千瓦，占总装机的41.7%，具有较强的机组调峰能力，特高压联络线送电峰谷差存在较大调节裕度。

2.4 电网风电消纳能力计算分析

从以上的分析来看，夏季山西电网具备接纳风电的能力，而在冬季，风电出力较大，同时由于供热机组的调峰能力大幅下降，造成全网调峰存在较大困难，从而造成风电接纳能力受限。

考虑山西电网冬季高峰用电负荷2528万千瓦，根据电网近年来实际运行情况，冬季用电负荷的峰谷差率正常在20%-22%，计算取22%，并考虑低谷下旋100万千瓦；考虑外送京津唐电力峰谷差为50%，约120万千瓦，送特高压电力按照峰谷差50万千瓦考虑（高峰240万千瓦、低谷190万千瓦）。

发电电源中火电机组调峰能力差别较大，供热机组在冬季供热期调峰能力仅有15%，其他机组调峰能力在50%左右，根据电网近年来实际运行情况，火电机组调峰能力在33%-35%。计算中按照省调发电机组加权平均，考虑一定的出力受阻，省调火电机组调峰能力在33%左右。

山西电网可调节水电机组万家寨和龙口电厂，按照各开两台机组考虑，可以提供56万千瓦的调峰能力。调用西龙池抽水蓄能电站机组可以提高山西电网的调峰和风电接纳能力，但西龙池电站接入忻朔电网，由于北部电网存在窝电问题，西龙池四台机组不能充分发挥其调峰作用。

综合考虑以上因素，不论是否考虑西龙池参与调峰，山西电网风电接纳能力为348.2万千瓦，若考虑特高压送华中高峰和低谷容量均为240万千瓦（低谷增加50万千瓦），可提高风电接纳能力83.3万千瓦，风电接纳能力可达到431.5万千瓦。2013年底，山西电网实际接入风电315万千瓦，还能全额消纳风电，预计2014年将投产风电装机574万千瓦，此时，将不能满足全额消纳的要求。

3 提高电网消纳风电能力可采取的电网运行控制措施

通过以上分析，受冬季机组供热调峰能力大幅下降的影响，山西电网接纳风电存在较大的调峰压力。调用西龙池抽水蓄能电站机组可以提高山西电网的调峰和风电接纳能力，但是会占用电网事故备用容量，造成运行安全压力增加。即便考虑利用西龙池抽水电站的调峰作用，最大可满足约80%左右的风电接纳需求。因此，针对山西电网调峰困难的问题，可以从运行控制上加强以下几方面工作。

⑴ 在风电大发的冬春季节，晚高峰旋转备用容量不宜过大，否则将造成低谷调峰困难。建议不超过100万千瓦。

⑵ 由于北部存在窝电问题，为充分发挥水电和抽蓄机组调峰能力，提高风电接纳能力，在冬季风电大发期间，建议按照窝电容量安排相应机组停机备用。

⑶ 华中电网水电容量充足，调峰能力强。建议在山西电网电力充足的情况下，通过协调国网公司和华中电网，争取政策支持，多向华中电网送电，尽可能减少峰谷差，提高风电的接纳能力。

4 结束语

通过计算夏季、冬季各种运行方式下的电网消纳风电能力，对电网规划、电源规划将产生积极的影响，通过采用各种适当的运行控制措施，可以充分发掘电网潜力，尽可能全额消纳风力发电，将为新能源接入发挥积极作用。在2013年的电网运行实践中，应用此计算方法安排电网运行方式，并指导电网调度运行，已证明是可行并符合实际情况的。下一步，要结合2013年的运行数据，继续完善优化分析计算模型，挖掘提升电网消纳能力。

参考文献：

[1] 戴慧珠，陈默子，王伟胜等.中国风电发展现状及有关技术服务.中国

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[2] 孙元章，吴俊，李国杰.风力发电对电力系统的影响[J].电网技术，

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[3] 李付强，王彬，涂少良等.京津唐电网风力发电并网调峰特性分析[J].

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[4] 柳青，李文举，张艺曼.风电并网运行分析[J].能源与环境，2008.1：

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[5] 衣立冬，朱敏奕，魏磊，姜宁，于光亮.风电并网后西北电网调峰能力的

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[6] 史志宏，赵素萍，郭慧敏.大规模风电接入对山西电网的影响[J].山西

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