2015年忻朔电网风电接纳能力分析

郑迎春，刘新元

（1.国网山西省电力公司忻州供电公司，山西忻州034000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

2015年忻朔电网风电接纳能力分析

郑迎春1，刘新元2

（1.国网山西省电力公司忻州供电公司，山西忻州034000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

指出了2015年大量风电的投产使忻朔电网接纳压力越来越大，分别从网架约束和调峰约束方面研究了忻朔电网的风电接纳能力，结果表明忻朔电网不能全部接纳规划风电，最后提出相应的策略建议。

忻朔电网；风电；接纳能力

0 引言

风能是近年来大规模开发利用的可再生资源，但由于风力发电功率输出随机性很强，波动很大且不可控，影响了电力系统的安全稳定性。此外局部区域风电发展速度远超电网发展速度，导致电网的风电接纳问题日益突出。

山西电网按照220 kV供电分片划分为大同、忻朔、中部、南部四大供电区，其中忻朔电网包括忻州市和朔州市电网。忻朔电网位于山西省北中部，地处山西电网枢纽位置，向北通过500 kV神雁双与大同电网相连，向南通过500 kV忻侯双、朔云线与华北电网相连，如图1所示。2015年，山西电网风电装机容量预计达到7 000MW，其中忻朔电网预计达到4 000MW，占山西风电的57%。忻朔电网属于典型的小负荷、大装机的送出电网，大量风电机组接入忻朔220 kV系统，造成500 kV变电站主变上送压力过大，同时也给电网调峰能力带来很大的困难，因此深入研究忻朔电网风电接纳能力具有重要的现实意义[1-2]。

图1 忻朔电网与外部电网连接示意图

1 电网网架约束研究

1.1 计算程序及计算条件

计算程序：本次计算采用中国电力科学研究院的《中国版BPA潮流程序（6.2）及暂态稳定程序（4.15.7RM）》。

计算条件：计算网络包括山西全部220 kV及以上网络，考虑2015年山西电网发、输、变基建预计项目全部投产，进行山西中部电网计算分析。2015年忻朔电网网供最大负荷预计为3 500MW，最小负荷预计为2 700 MW，装机总容量达到19000MW，接入220kV及以下系统容量10000MW（其中风电容量达到4 000MW）。

计算思路：忻朔电网风电接纳能力从网架约束上主要受朔州主变N-1过载限制。本节考虑了大负荷与小负荷两种方式，先将220 kV侧火电机组调整至满足运行控制条件的最低限，再考虑停风电机组，求出满足朔州主变N-1运行要求时风电停机总容量，进而求出两种运行方式下风电接纳能力，取风电接纳能力小的方式作为网架约束的计算结论。

1.2 忻朔电网大负荷方式

忻朔电网大负荷方式，水火电大发，风电机组出力考虑60%，朔州双变向500 kV系统倒送2 232.8 MW，双变严重过载；忻州双变上载1 999.6MW。

进一步调整忻朔电网220 kV侧火电机组出力，考虑供热机组减出力、非供热机组1台机运行，220 kV侧火电机组共停机1 050MW（占220 kV侧水火电装机的17.5%），朔州双变仍然过载。由于火电机组出力已降至最低，进一步需再停风电机组1 200 MW，朔州双变满载运行，忻州双变潮流1 100MW。朔州主变N-1，另一台主变上载1 197MW，主变过载59.6%，联切朔州附近220 kV风电机组容量1 300MW，朔州主变满足N-1运行要求。

由上可知，大负荷方式下，忻朔电网220 kV侧需停火电机组1 050MW，停风电机组2 500MW，朔州主变才能满足N-1运行要求。2015年，大负荷方式下，受朔州主变N-1限制，忻朔电网风电最多能接纳1 500MW。

1.3 忻朔电网小负荷方式

忻朔电网小负荷方式，风电出力考虑60%，考虑供热电厂机组减出力、非供热电厂机组仅1台机50%出力运行，朔州双变上载1 630MW，双变过载；忻州双变上载1 224MW。

由于火电机组出力已降至最低，进一步需再停风电容量660MW机组，朔州双变满载运行，忻州双变潮流1 067MW。朔州主变N-1，另一台主变上载1 168MW，主变过载55.7%，联切朔州附近220 kV风电机组容量1 200 MW，朔州主变满足N-1运行要求。

小负荷方式，考虑供热电厂机组减出力、非供热电厂机组仅1台机50%出力运行，忻朔电网仍需停风电容量1 860MW，朔州主变才能满足N-1运行要求。2015年，小负荷方式下，受朔州主变N-1限制，忻朔电网风电最多能接纳2 140MW。

1.4 忻朔电网220 kV侧电源接纳能力

由以上计算分析可知，2015年受朔州主变N-1限制，忻朔电网不能接纳全部风电；大负荷方式比小负荷方式风电接纳能力低。考虑最严重情况，忻朔电网只能接纳风电1 500MW，占风电总容量37.5%；如果要接纳全部风电（考虑60%出力），则220 kV侧最少停机（水电、火电）2 550 MW，占220 kV侧装机容量（水电、火电）的42.5%。

2 电网调峰约束研究

2.1 调峰原则

风电场输出功率具有随机波动特点，对电网而言，风电出力可视为负的负荷。因此，风电场并网以后，电网的可用调峰容量减去用于平衡负荷波动的备用容量后，剩余的可用调峰容量都能够用于为风电调峰。但如果整个电网可用于风电的调峰容量有限，则风电场的实际运行就会受到一定的限制，在电网无法完全平衡风电场的功率波动时，需要限制风电注入电网的功率。因此，当风电大量并网条件下，电网的调峰能力可能成为风电发展的技术瓶颈。

调峰原则主要如下。

a）高峰/低谷负荷时旋转备用容量为1000MW。

b）根据近年来实际运行情况，用电负荷风谷差正常在20%～22%，计算中取22%，即最小负荷率按0.78计算。

c）山西向华北送电网间潮流峰谷差按照50%控制，特高压峰谷差按500MW考虑。

d）天桥不参与调峰，万家寨、龙口水电站各按2台机组参与调峰。

e）发电电源汇总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，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。

2.2 2015年调峰能力分析

电网不同运行方式调峰能力会有所不同，夏季为全年风电出力最小的月份，风电出力一般不超过并网容量的30%，对电网调峰能力影响较小，山西电网基本满足风电接入需求，因此不做夏季风电接纳能力分析。从电网调度实际出发，从调峰角度计算分析冬季方式下的电网接纳风电的能力。

2015年，山西电网冬季最大直调用电负荷30 000MW，外送华北3 500MW，特高压南送高峰潮流2 400MW，高峰旋备出力1 000MW。

计算方式不考虑西龙池抽水蓄能电厂和考虑西龙池抽水蓄能电厂两种方式。抽蓄电站可以提高山西电网的调峰和风电接纳能力，但由于北部电网存在窝电问题，西龙池4台机组不能充分发挥其调峰作用，按照西龙池电站高峰开1台，低谷1台抽水的方式，从调峰角度计算接纳风电的能力。具体分析计算见表1。

表1 2015年调峰裕度计算结果表 MW

表1中：“1”为风电出力按照高峰0、低谷60%考虑；“2”为忻朔电网风电接纳能力按山西57%考虑。

由计算结果可知，风电按60%开机计算，如果不考虑西龙池，忻朔电网能接纳1 614 MW，占2015年忻朔电网风电装机容量的40%；如果考虑西龙池，忻朔电网能接纳2 281MW，占2015年忻朔电网风电装机容量的57%[3-4]。

3 结论与建议

从网架结构和调峰约束角度，2015年忻朔电网不能全部接纳规划风电机组。受朔州主变N-1限制，忻朔电网最多只能接纳风电1 500MW，占风电总容量37.5%；受调峰能力限制，忻朔电网最多只能接纳2 281MW，占风电总容量的57%。

建议加快500 kV平鲁站及200 kV接续线建设，优化地区电源点接入方案，缓解朔州主变上送压力；同时合理控制风电接入规模，提高调峰能力强的机组比例，优化电源结构，以提高忻朔电网风电接纳能力。

［1］叶杭冶.风力发电机组的控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［2］雷亚洲.与风电并网相关的研究课题［J］.电力系统自动化，2003，27（8）：84-89.

［3］迟永宁，刘燕华，王伟胜，等.风电接入对电力系统的影响［J］.电网技术，2007，28（2）：47-52.

［4］谈健，陆燕.江苏风电接入系统的若干问题［J］.华东电力，2006，34（7）：32-34.

The Analysis ofW ind Power Acceptable Capacity of Xin-shuo Power Grid in 2015

ZHENG Ying-chun1,LIU Xin-yuan2
（1.State Grid Xinzhou Power Supply Com pany，Xinzhou，Shanxi 034000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The acceptable capacity of Xin-shuo powergrid will increasewith wind power projectbeing put into operation largely in 2015.This paper studies the capacity ofwind power from the aspects of grid constraints and peaking constraints.The results show that Xin-shuo powergrid can notaccept thewholewind power，and corresponding strategiesare put forward.

Xin-shuo powergrid；wind power；acceptable capacity

TM614

A

1671-0320（2014）05-0008-03

2014-04-10，

2014-08-05

郑迎春（1967-），男，山西五台人，1990年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事线路安全管理工作；

刘新元（1986-），男，山西汾阳人，2011年毕业于华北电力大学电力系统自动化专业，硕士，从事电网规划、运行分析工作。