湖北电网典型大负荷日风电光伏出力特性分析

万 黎，周鲲鹏，王 涛，王 易，舒 欣，刘铃铃

(1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司武汉供电公司，湖北 武汉 430013)

湖北电网典型大负荷日风电光伏出力特性分析

万 黎1，周鲲鹏1，王 涛1，王 易1，舒 欣1，刘铃铃2

(1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司武汉供电公司，湖北 武汉 430013)

以湖北省大负荷日为代表日，选取了主要的风电场和光伏电站，获取了大负荷日的出力曲线，统计了出力分布情况。综合多日出力数据得到典型的风光出力互补特性，并对风光互补后对湖北省统调负荷的影响进行了分析。

负荷；运行分析；风电；光伏

0 引言

近年来新能源在湖北省快速发展，装机容量不断增加，其出力对湖北省电网的影响也不可忽视[1-3]。在传统的大负荷分析基础上[4-8]，分析风电和光伏出力的变化规律及其分布特征，对湖北电网运行分析具有重要的参考价值。

2016年迎峰度夏期间，由于高温酷暑持续时间长，最高气温较同期偏高，湖北电网最大用电负荷屡次创新高。2016年7月25日，在连续多天高温的情况下，湖北主网用电负荷达到28 226 MW，8月1日、8月19日湖北电网最大用电负荷又多次刷新纪录，其中8月19日最大负荷突破30 000 MW大关，达到30 837 MW。

本文以2016年7月25日、8月1日、8月19日数据为基础，对湖北省内主要风电和光伏运行情况进行分析，力求反映风电、光伏在大负荷日的运行特征，为湖北电网安全运行及电网规划建设提供参考。

1 湖北电网风电光伏总体情况

湖北地处江汉平原地区，风能和太阳能资源储量在中部地区中较为丰富，开发潜力巨大。据估计，湖北风能资源总储量为13 200 MW，技术可开发容量为6 850 MW，主要分布在鄂东北岗地、鄂东南山区以及江汉平原地区；太阳能年辐射总量为3 963～4 455 MJ/m2，年日照时间为1 400～2 100 h，属于我国太阳能辐射一般地区，少数地区太阳能资源较差[1]。

本文选取湖北省电网典型的风电场和光伏电站，进行大负荷日分析，选取的集中接入风电场和光伏电站如表1和表2所示。

2 大负荷日风电出力分析

2.1 出力时间特性

风电的出力时间特性指风电出力随时间的变化情况，本文重点分析大负荷日风电出力时间特性。

2016年典型大负荷日，湖北省主要风电场出力如图1所示。由图2～3可知:大负荷日湖北省不同风电场出力差异较大，从各日出力变化曲线上看，呈现“一峰一谷”的特性，但均在夜间22时到5时之间出力较大，白天12时到17时出力较小。风电场最大出力可达到装机容量的90%以上，可见风电出力具有明显的反调峰特性。对同一风电场进行比较，可以更好地反映不同典型大负荷日因气象条件差异导致的出力变化。图4～7给出了九宫山、凤鸣、天河口和德胜4个风电场在不同大负荷日的出力情况。

表1 大负荷日集中接入风电场Tab.1 Centralized accessing wind farms on peak-load day

表2 大负荷日分析集中接入光伏电站Tab.2 Centralized accessing photovoltaics on peak-load day

图1 2016年7月25日主要风电场出力曲线Fig.1 Output of main wind farms on July 25,2016

图2 2016年8月1日主要风电场出力曲线Fig.2 Output of main wind farms on Aug 1,2016

图3 2016年8月19日主要风电场出力曲线Fig.3 Output of main wind farms on Aug 19,2016

图4 2016年大负荷日九宫山风电场出力曲线Fig.4 Output of Jiugngshan wind farm on peak load days

图5 2016年大负荷日凤鸣风电场出力曲线Fig.5 Output of Fengming wind farm on peak load days

图6 2016年大负荷日天河口风电场出力曲线Fig.6 Output of Tianhekou wind farm on peak load days

图7 2016年大负荷日德胜风电场出力曲线Fig.7 Output of Desheng wind farm on peak load days

由图4～7可知:风电场受气象条件影响较大，同一风电场不同大负荷日出力也存在较大差异，其中7月25日、8月1日出力较大，8月19日出力较小。天河口风电场的出力最大值与装机容量之比最大，达到89.7%。

2.2 出力分布特性

风电的出力分布特性指风电出力在各出力区间的分布情况。由于风电的随机性和不确定性，各日出力均不相同，本文重点分析大负荷日风电出力分布特性。

2016年典型大负荷日，湖北省主要风电场出力分布如图8～10所示，图中每个运行点数对应运行时间为5 min（每天按288个运行点数采集出力数据，下同）。

由图8～10可知:在大负荷日湖北省主要风电场绝大多数时间出力小于装机容量的20%，运行时间占81%。出力超过60%的运行时间占7%。其中高于80%出力的运行时间仅占1.6%。

大负荷日风电场发电利用 h数最高为8.2 h，最低为1.17 h。各风电场利用小时数如图11所示。

图8 2016年7月25日主要风电场出力分布Fig.8 Distribution of main wind farms output on July 25,2016

图9 2016年8月1日主要风电场出力分布Fig.9 Distribution of main wind farms output on Aug 1,2016

图10 2016年8月19日主要风电场出力分布Fig.10 Distribution of main wind farms output on Aug 19,2016

图11 2016年大负荷日主要风电场利用小时数Fig.11 Utilization hours of main wind farms output on peak load days

3 大负荷日光伏出力分析

3.1 出力时间特性

光伏的出力时间特性与风电出力时间特性相似，指光伏出力随时间的变化情况，本文重点分析大负荷日光伏出力时间特性。

2016年典型大负荷日，湖北省主要光伏电站出力如图12～14所示。

图12 2016年7月25日主要光伏电站出力曲线Fig.12 Output of main photovoltaics on July 25,2016

图13 2016年8月1日主要光伏电站出力曲线Fig.13 Output of main photovoltaics on Aug 1,2016

图14 2016年8月19日主要光伏电站出力曲线Fig.14 Output of main photovoltaics on Aug 19,2016

由图12～14可知:大负荷日湖北省不同光伏出力有一定差异，但曲线变化规律较为一致，从各日出力变化曲线上看，呈现“单峰”的特性，在中午12时到14时之间出力较大，晚20时到早5时无出力。

3.2 出力分布特性

光伏的出力分布特性指光伏出力在各出力区间的分布情况。本文重点分析大负荷日光伏出力分布特性。

2016年典型大负荷日，湖北省主要光伏电站出力分布如图15～17所示。

图15 2016年7月25日主要光伏电站出力分布Fig.15 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

图16 2016年8月1日主要光伏电站出力分布Fig.16 Distribution of main photovoltaics output on Aug 1,2016

图17 2016年8月19日主要光伏电站出力分布Fig.17 Distribution of main photovoltaics output on Aug 19,2016

由图15～17可知：在大负荷日湖北省主要光伏电站多数时间出力小于装机容量的10%，运行时间占58%。出力超过60%的运行时间仅占20%，其中高于80%出力的时间占0.1%。

大负荷日光伏电站发电利用 h数最高为5.2 h，最低为2.5 h。各光伏电站利用小时数如图18所示。

图18 2016年大负荷日主要光伏电站利用小时数Fig.18 Distribution of main photovoltaics output on July 25,2016

4 大负荷日风电光伏出力互补性分析

由前文分析可知，湖北省光伏、风电的出力有互补特性。风电最大出力一般在晚22时至2时左右，光伏最大出力一般在12时至13时。考虑到全省光伏、风电装机容量相近，光伏风电总出力在各自峰谷时段互相抵消，减小了出力峰谷差。

考虑全省风电、光伏总装机容量，平均3个大负荷日的风电、光伏出力数据，得到大负荷日全省风电光伏互补出力如图19所示。

图19 2016年大负荷日全省风电光伏互补出力Fig.19 Wind and PV hybrid output on peak load days

由图19可知风电和光伏互补后的出力呈现明显的峰谷差，最大出力在中午11时左右，出力约为1 140 MW；最小出力在下午18时左右，出力约为340 MW。互补出力峰谷差约为800 MW，占全省最大负荷的2.6%。

5 大负荷日风电光伏对湖北统调负荷影响

由于风电、光伏接入的均为110 kV及以下电压等级，因此风电和光伏的出力对于统调负荷有削峰填谷的效果，其结果将导致统调负荷的峰谷差减小。以8月19日为例，风电、光伏使得统调负荷峰谷差从8 819 MW下降到8 346 MW，约平抑负荷峰谷差470 MW，下降了5.3%。图20给出了有风电、光伏和无风电、光伏情况下，湖北省统调负荷的变化。

图20 2016年8月19日风电、光伏对统调负荷的影响Fig.20 Effect of unified dispatch load on Aug 19,2016

6 结论

大负荷日湖北省不同风电场出力差异较大，从各日出力变化曲线上看，呈现“一峰一谷”的特性，但均在夜间22时到5时之间出力较大，白天12时到17时出力较小。风电场最大出力可达到装机容量的90%以上，反调峰特性明显。大负荷日湖北省不同光伏出力曲线变化规律较为一致，呈现“单峰”的特性。在中午12时到14时之间出力较大，晚20时到早5时无出力。风电、光伏互补后对统调负荷有削峰填谷的作用，使得统调负荷峰谷差减小，8月19日为例，大负荷日风电、光伏互补出力使全省统调负荷峰谷差下降约400 MW。新能源接入后产生的削峰填谷效应，可缓解湖北省电网供电压力，有利于湖北电网的安全运行。

（References）

[1] 赵璐,程杰,宋周,等.湖北新能源出力特性分析及对电网的影响研究[J].电力科学与工程，2016,32（3）:49-53.ZHAO Lu,CHENG Jie,SONG Zhou,et al.Analy⁃sis on the characteristics of new energy output in Hubei and impact on power grid[J].Electric Power Science and Engineering,2016,32（3）:49-53.

[2] 侯婷婷,周小兵,张维,等.湖北省典型地区风电和光伏电站出力特性分析[J].湖北电力,2016,40（1）:24-30.HOU Tingting,ZHOU Xiaobing,ZHANG Wei,et al.Analysis on characteristics of wind power and photovoltaic power in the type area of Hubei prov⁃ince[J].Hubei Electric Power,2016,40（1）:24-30.

[3] 万黎,夏勇军,蔡勇,等.微电网光储协调控制策略的研究[J].湖北电力,2014,38（4）:15-19.WAN Li,XIA Yongjun,CAI Yong,et al.Research on PV-storage system coordination control strategy in micro-grid[J].Hubei Electric Power,2014,38（4）:15-19.

[4] 汪洋,张坚敏,王涛.2011年迎峰度夏湖北电网电压无功运行情况分析[J].湖北电力,2011,35(S1):18-23.WANGYang,ZHANGJianmin,WANGtao.The 2011 peak power operation analysis of Hubei pow⁃er grid voltage in summer[J].Hubei Electric Power,2011,35(S1):18-23.

[5] 汪发明,彭昌勇,王涛,等.2011年迎峰度夏湖北电网大负荷运行情况分析[J].湖北电力,2011,35(S1):1-4.WANG Faming,PENG Changyong,WANG tao,et al Analysis of the 2011 summer peak in Hubei power grid load operation[J].Hubei Electric Power,2011,35(S1):1-4.

[6] 周友斌,忻俊慧,王涛,等.2009年湖北电网大负荷运行情况分析[J].湖北电力,2009,33(S2):14-28.ZHOU Youbin,XIN Junhui,WANG Tao,etal.Analysis of the 2009 peak load in Hubei power grid operation[J].Hubei Electric Power,2009,33(S2):14-28.

[7] 汪发明,彭昌勇,方仍存,等.2011年湖北用电负荷与气温关系及负荷特性分析[J].湖北电力,2011,35(S1):5-12.WANG Faming,PENG Changyong,FANG Rencun,et al.Relationship between load and air tempera⁃ture and load characteristics in 2011[J].Hubei Elec⁃tric Power,2011,35(S1):5-12.

[8] 程建翼,陈明珠.2011年迎峰度夏湖北电网可靠性分析 [J].湖北电力,2011,35(S1):74-76.CHENG Jianyi,DONG Mingzhu.2011 summer peak in Hubei power grid reliability Analysis[J].Hubei Electric Power,2011,35(S1):74-76.

Wind Power and Photovoltaics Output Characteristic Analysis during Typical Peak Load in Hubei Grid

WAN Li1，ZHOU Kunpeng1,WANG Tao1，WANG Yi1,SHU Xin1,LIU Lingling2
（1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei 430077，China;2.State Grid Wuhan Power Supply Company，Wuhan Hubei 430013，China）

In this paper several main wind farms and photovoltaics plants in Hubei are selected to analyze their output curve and output distribution of typical peak-load days.The complementary characteristics of wind power and photovoltaics are derived based on multiple peak-load day data,and the influence on unified control load is analyzed.

load;operation analysis;wind power;photovoltaics

TM311

A

1006-3986(2016)12-0014-05

10.19308/j.hep.2016.12.004

2016-11-15

万 黎(1980)，男，湖北武汉人，博士，高级工程师。