分布式电源大量接入对系统旋转备用容量的影响分析
2016-08-22张树杰
张树杰
（贵州电网有限责任公司贵州贵阳550002）
分布式电源大量接入对系统旋转备用容量的影响分析
张树杰
（贵州电网有限责任公司贵州贵阳550002）
随着分布式电源的迅速发展，分布式电源总装机容量在电力系统总装机容量中的占比不断加大，其出力特有的随机性、季节性，对电力系统旋转备用容量将提出新的要求。通过拟合典型方式下的负荷曲线和电源出力曲线，建立等效持续负荷曲线，分析分布式电源的不同占比对系统旋转备用容量的影响。
分布式电源；旋转备用容量；等效持续负荷
引言
分布式电源，是指位于用户附近，所发电能就地利用，以10kV及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6MW的发电项目。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型[1]。目前国内分布式能源主要发展方向为风力发电，风力发电受气候影响较大，出力不稳定，需要系统提供额外的旋转备用容量。本文以等效负荷曲线为基础，分析风力发电并网引起的电力系统备用容量需求变化。
1 等效持续负荷曲线
等效持续负荷曲线是将发电机的随机故障影响当成等效负荷对原始负荷曲线不断修正的结果[2]。图1中，建立电力系统年负荷曲线g（0）（t）。单对系统中一个单位电源进行分析，若该单位装机容量为C1，强迫停运率为q1，则考虑该单位电源随机强迫停运后，等效持续负荷曲线为：
当该单位电源全停后，等效持续负荷曲线即为：
图1 1个单位电源的等效持续负荷曲线
对同时具有i个单位电源的电力系统而言，由于全年负荷并非恒定，对具有i个单位电源的电力系统而言，分析可视为：在不同负荷时段，投入n个单位电源以满足电力系统电力需求，n∈[1，i]。其正常运行方式下
的等效持续负荷曲线为：
则i个单位电源的电力系统等效持续负荷曲线如图2所示。
图2 i个单位电源的等效持续负荷曲线
2 旋转备用容量率计算
受电源机组随机停运影响，实际投运容量减小。在考虑所有机组随机停运情况下，损失电源装机的最大值，即可视为电力系统所需备用容量值。即具有i个单位电源的电力系统，所需备用容量：
当n=i时，备用容量得到最大值C（imax），即系统负荷达到最大值时g（max）。电源旋转备用率达到最大
3 系统旋转备用分析
由上述分析可知，单位电源强迫停运率qi对电力系统备用容量的多少具有决定性作用，对组成电源性质较为单一的电力系统，qi越低，旋转备用容量率δ相应越低。对各种不同性质电源构成的电力系统，分析可视为相同性质的电源为一个单位电源，则qi较低的单位容量占比越高，备用容量率δ相应越低。
3.1 火电系统旋转备用分析
根据全国10万kW及以上火电机组可靠性指标分析[3]，单台机组非计划停运次数约0.7次/台年，非计划停运时间约50h/台年，等效可用系数约92%。对多机组组成的火电系统，在此粗略分析火电机组强迫停运率为：
qi=1-0.92=0.08
表1 全国10万kW及以上火电机组可靠性指标
假设电源构成全为火电的电力系统，最大负荷100MW，则最大旋转备用C（imax）为：
3.2 风电系统旋转备用分析
风电与火电不同，非计划停运除风机故障外，还包括风力不足等自然情况以及各种因素下的弃风切机。据统计，2011年全国风电平均年利用小时数为1920h[4]。对单台风机而言，出力主要受瞬时风速影响，理论出力波动一般在装机容量的0～80%之间，对多台风机组成的电源系统，理论出力波动约在总装机容量的20～60%之间[5]。因此，对单台或多台风机而言，全年发电均为非计划降低出力运行。估算单台风机强迫停运率为：
假设电源构成全为风电的电力系统，最大负荷100MW，则最大旋转备用为：
由计算可知，由于单台风机出力远低于风机额定容量，因此前文提出的约束条件实际是无法得到满足的，对电源旋转备用的要求会非常高。因此，风电等不可控分布式能源并不适合作为系统的旋转备用。
4 电源构成对旋转备用的影响
由上述计算结果，对电力系统中风电占比由1～20%进行计算整个系统所需的旋转备用总量，假设系统总负荷为100MW，以火电、风电分别作为两个单位电源计算，计算结果如表2。
表2计算中，由于火电风电单独计列，由火电作为火电装机的备用，风电作为风电装机的备用，因此随着风电装机比例增长系统需求的选装备用容量增长极快，这是由风电出力性质所决定。
而在实际运行中，旋转备用容量一般由火电承担，对上表进行一定修正可得表2。
通过修正结果可以看出，风电装机比例超过10%以上，系统需求旋转备用率已超过15%，在实际运行中，受其他不可控因素影响，对旋转备用率的要求将会进一步提高。一定程度上影响了电网的运行成本和可靠性。
5 结论
风电等不可控分布式电源的接入将提高电力系统所需的旋转备用容量，当该类电源装机规模达到一定比例时，将对整个电力系统运行的可靠性、经济性造成影响。在当前储能技术未能实现对系统进行调峰及备用的前提下，对分布式电源的大量接入需谨慎，避免盲目扩张。
表2 不同电源构成的旋转备用容量计算
表3 不同电源构成的旋转备用容量计算修正
[1]关于做好分布式电源并网服务工作的意见.国家电网公司，2013.
[2]锡凡，王秀丽，陈皓勇.电力市场基础[M].陕西：西安交通大学出版社，2013：41～45.
[3]2011年电力安全监管情况报告.国家电力监管委员会，2012.
[4]国家能源局关于加强风电并网和消纳工作有关要求的通知.国家能源局，2012.
[5]龙志，张树杰，等.华能贵州韭菜坪风电场（一期）工程接入系统设计，2009.
TM715
A
1004-7344（2016）24-0068-02
2016-8-7
张树杰（1987-），男，贵州贵阳人，工程师，工学学士，主要从事电力系统规划研究工作。
